Gustav Kirchhoff

Gustav Robert Kirchhoff는 독일의 물리학자로서 전기 회로, 분광학, 그리고 가열된 물체의 흑체 복사 방출에 대한 기본적인 이해에 기여했습니다.

그는 1862년에 흑체 복사(black-body radiation)라는 용어를 만들었습니다. "Kirchhoff의 법칙"이라고 명명된 여러 개의 서로 다른 개념 집합이 있는데, 흑체 복사와 분광학, 전기 회로, 그리고 열화학에 관한 다양한 주제들을 다룹니다. Bunsen–Kirchhoff 분광학상은 그와 그의 동료 Robert Bunsen의 이름을 따서 명명되었습니다.

생애와 업적

Gustav Kirchhoff는 1824년 3월 12일 프로이센의 Königsberg에서 변호사인 Friedrich Kirchhoff와 Johanna Henriette Wittke의 아들로 태어났습니다. 그의 가족은 프로이센 복음주의 교회의 루터교 신자였습니다. 그는 1847년 Albertus University of Königsberg을 졸업했으며, 그곳에서 Carl Gustav Jacob Jacobi, Franz Ernst Neumann, Friedrich Julius Richelot이 지도한 수학-물리 세미나에 참석했습니다. 같은 해에 그는 Berlin으로 이주했으며, Breslau에서 교수직을 받을 때까지 머물렀습니다. 나중에 1857년에 그는 수학 교수인 Richelot의 딸 Clara Richelot과 결혼했습니다. 부부는 5명의 자녀를 두었습니다. Clara는 1869년에 사망했습니다. 그는 1872년에 Luise Brömmel과 재혼했습니다.

Kirchhoff는 아직 학생이던 1845년에 현재 전기공학에서 널리 사용되는 회로 법칙을 공식화했습니다. 그는 이 연구를 세미나 과제로 완성했으며, 나중에 박사 학위 논문이 되었습니다. 그는 1854년 Heidelberg 대학으로 부름을 받았으며, 여기서 Robert Bunsen과 분광학 연구에 협력했습니다. 1857년에 그는 저항이 없는 전선에서 전기 신호가 빛의 속도로 전선을 따라 이동한다고 계산했습니다. 그는 1859년에 열 복사의 법칙을 제안했으며, 1861년에 증명을 제시했습니다. Kirchhoff와 Bunsen은 함께 분광기를 발명했으며, Kirchhoff는 이를 사용하여 태양의 원소 식별을 개척했고, 1859년에 태양이 나트륨을 포함하고 있음을 보였습니다. 그와 Bunsen은 1861년에 세슘과 루비듐을 발견했습니다. Heidelberg에서 그는 Neumann의 모델을 따른 수학-물리 세미나를 수학자 Leo Koenigsberger와 함께 운영했습니다. 이 세미나에 참석한 사람들 중에는 Arthur Schuster와 Sofia Kovalevskaya가 있었습니다.

그는 백열 물체가 방출하는 빛의 분광 구성을 설명하는 3가지 법칙을 공식화함으로써 분광학 분야에 크게 기여했으며, David Alter와 Anders Jonas Ångström의 발견을 상당히 바탕으로 했습니다(스펙트럼 분석도 참조). 1862년에 그는 태양 스펙트럼의 고정된 선에 대한 연구와 인공 빛의 스펙트럼에서 밝은 선의 반전에 대한 연구로 Rumford 메달을 받았습니다. 1875년에 Kirchhoff는 Berlin에서 이론 물리학을 위해 특별히 헌정된 첫 번째 의자를 받아들였습니다.

그는 또한 광학에 기여하여 파동 방정식을 신중하게 풀어 Huygens의 원리에 대한 견고한 기초를 제공하고 과정에서 이를 수정했습니다.

1884년에 그는 Royal Netherlands Academy of Arts and Sciences의 외국 회원이 되었습니다.

Kirchhoff는 1887년에 사망했으며, Berlin의 Schöneberg에 있는 St Matthäus Kirchhof 공동묘지에 묻혔으며 Grimm 형제의 무덤으로부터 불과 몇 미터 떨어진 곳입니다. Leopold Kronecker도 같은 공동묘지에 묻혀 있습니다.

Kirchhoff의 회로 법칙

Kirchhoff의 첫 번째 법칙은 한 점 또는 노드에서 만나는 도체 네트워크의 전류의 대수 합이 0이라는 것입니다. 두 번째 법칙은 폐회로에서 폐 시스템의 전압의 방향 합이 0이라는 것입니다.

Kirchhoff의 분광학의 3가지 법칙

1. 고체, 액체, 또는 조밀한 가스가 빛을 방출하도록 여기되면 모든 파장에서 방사되어 연속 스펙트럼을 생성합니다.
2. 저밀도 가스가 빛을 방출하도록 여기되면 특정 파장에서 그렇게 하며 이는 방출 스펙트럼을 생성합니다. 또한 참조: 방출 스펙트럼
3. 연속 스펙트럼으로 구성된 빛이 차가운 저밀도 가스를 통과하면 결과는 흡수 스펙트럼이 됩니다.

Kirchhoff는 원자의 에너지 준위의 존재에 대해 알지 못했습니다. 불연속 분광선의 존재는 나중에 양자 역학으로 이어진 Bohr의 원자 모델에 의해 설명되었습니다.

Kirchhoff의 열화학 법칙

Kirchhoff는 1858년에 열화학에서 화학 반응의 열 변화가 생성물과 반응물 사이의 열용량의 차이로 주어진다는 것을 보였습니다:

이 방정식의 적분은 다른 온도에서의 측정으로부터 한 온도에서의 반응 열을 평가할 수 있게 합니다.