Gustav Robert Kirchhoff était un physicien allemand qui a contribué à la compréhension fondamentale des circuits électriques, de la spectroscopie et de l'émission du rayonnement du corps noir par les objets chauffés.
Il a inventé le terme rayonnement du corps noir en 1862. Plusieurs ensembles différents de concepts sont nommés « lois de Kirchhoff » d'après lui, concernant des sujets aussi divers que le rayonnement du corps noir et la spectroscopie, les circuits électriques et la thermochimie. Le prix Bunsen–Kirchhoff pour la spectroscopie porte son nom et celui de son collègue, Robert Bunsen.
Vie et travaux
Gustav Kirchhoff est né le 12 mars 1824 à Königsberg, Prusse, fils de Friedrich Kirchhoff, avocat, et de Johanna Henriette Wittke. Sa famille était luthérienne dans l'Église évangélique de Prusse. Il a obtenu son diplôme de l'Université Albertus de Königsberg en 1847, où il a suivi le séminaire mathématico-physique dirigé par Carl Gustav Jacob Jacobi, Franz Ernst Neumann et Friedrich Julius Richelot. La même année, il a déménagé à Berlin, où il est resté jusqu'à ce qu'il reçoive un poste de professeur à Breslau. Plus tard, en 1857, il a épousé Clara Richelot, la fille de son professeur de mathématiques Richelot. Le couple a eu cinq enfants. Clara est décédée en 1869. Il a épousé Luise Brömmel en 1872.
Kirchhoff a formulé ses lois de circuit, qui sont maintenant omniprésentes en génie électrique, en 1845, alors qu'il était encore étudiant. Il a complété cette étude comme exercice de séminaire ; elle est devenue plus tard sa thèse de doctorat. Il a été appelé à l'Université de Heidelberg en 1854, où il a collaboré aux travaux spectroscopiques avec Robert Bunsen. En 1857, il a calculé qu'un signal électrique dans un fil sans résistance se propage le long du fil à la vitesse de la lumière. Il a proposé sa loi du rayonnement thermique en 1859 et en a donné une preuve en 1861. Ensemble, Kirchhoff et Bunsen ont inventé le spectroscope, que Kirchhoff a utilisé pour pionnner l'identification des éléments du Soleil, montrant en 1859 que le Soleil contient du sodium. Lui et Bunsen ont découvert le césium et le rubidium en 1861. À Heidelberg, il a dirigé un séminaire mathématico-physique, calqué sur celui de Neumann, avec le mathématicien Leo Koenigsberger. Parmi ceux qui ont assisté à ce séminaire figuraient Arthur Schuster et Sofia Kovalevskaya.
Il a contribué considérablement au domaine de la spectroscopie en formalisant trois lois qui décrivent la composition spectrale de la lumière émise par les objets incandescents, en s'appuyant largement sur les découvertes de David Alter et Anders Jonas Ångström voir aussi : analyse spectrale. En 1862, il a reçu la Médaille Rumford pour ses recherches sur les raies fixes du spectre solaire et sur l'inversion des raies brillantes dans les spectres de la lumière artificielle. En 1875, Kirchhoff a accepté la première chaire dédiée spécifiquement à la physique théorique à Berlin.
Il a également contribué à l'optique, en résolvant soigneusement l'équation des ondes pour fournir une base solide au principe de Huygens et le corriger dans le processus.
En 1884, il est devenu membre étranger de l'Académie royale des arts et des sciences des Pays-Bas.
Kirchhoff est décédé en 1887 et a été inhumé au cimetière St Matthäus Kirchhof à Schöneberg, Berlin, à quelques mètres à peine des tombes des Frères Grimm. Leopold Kronecker est enterré dans le même cimetière.
Lois de circuit de Kirchhoff
La première loi de Kirchhoff stipule que la somme algébrique des courants dans un réseau de conducteurs se rencontrant en un point ou nœud est zéro. La deuxième loi stipule que dans un circuit fermé, la somme dirigée des tensions dans un système fermé est zéro.
Trois lois de Kirchhoff sur la spectroscopie
- Un solide, un liquide ou un gaz dense excité pour émettre de la lumière rayonnera à toutes les longueurs d'onde et produira donc un spectre continu.
- Un gaz de faible densité excité pour émettre de la lumière le fera à des longueurs d'onde spécifiques et cela produit un spectre d'émission. Voir aussi : spectre d'émission
- Si la lumière composant un spectre continu passe à travers un gaz froid de faible densité, le résultat sera un spectre d'absorption.
Kirchhoff ne connaissait pas l'existence des niveaux d'énergie dans les atomes. L'existence de raies spectrales discrètes a été expliquée plus tard par le modèle de Bohr de l'atome, qui a contribué à conduire à la mécanique quantique.
Loi de la thermochimie de Kirchhoff
Kirchhoff a montré en 1858 que, en thermochimie, la variation de la chaleur d'une réaction chimique est donnée par la différence de capacité thermique entre les produits et les réactifs :
L'intégration de cette équation permet l'évaluation de la chaleur de réaction à une température à partir des mesures à une autre température.
