Gustav Robert Kirchhoff был немецким физиком, внесшим значительный вклад в фундаментальное понимание электрических цепей, спектроскопии и излучения чёрного тела нагретыми объектами.
Он ввел термин «излучение чёрного тела» в 1862 году. Несколько различных наборов концепций названы в честь него «законы Кирхгофа», охватывающие такие разнообразные области, как излучение чёрного тела и спектроскопия, электрические цепи и термохимия. Премия Бунзена–Кирхгофа за спектроскопию названа в честь него и его коллеги Роберта Бунзена.
Жизнь и работа
Gustav Kirchhoff родился 12 марта 1824 года в Königsberg, Prussia, сын Friedrich Kirchhoff, адвоката, и Johanna Henriette Wittke. Его семья была лютеранской в Евангелической церкви Пруссии. Он окончил Albertus University of Königsberg в 1847 году, где посещал математико-физический семинар под руководством Carl Gustav Jacob Jacobi, Franz Ernst Neumann и Friedrich Julius Richelot. В том же году он переехал в Berlin, где оставался до получения профессуры в Breslau. Позже, в 1857 году, он женился на Clara Richelot, дочери своего профессора математики Richelot. У супругов было пятеро детей. Clara умерла в 1869 году. Он женился на Luise Brömmel в 1872 году.
Kirchhoff сформулировал свои законы цепей, которые теперь повсеместно используются в электротехнике, в 1845 году, еще будучи студентом. Он завершил это исследование как семинарское упражнение; позже оно стало его докторской диссертацией. Он был приглашен в University of Heidelberg в 1854 году, где сотрудничал в спектроскопических работах с Robert Bunsen. В 1857 году он рассчитал, что электрический сигнал в проводе без сопротивления распространяется по проводу со скоростью света. Он предложил свой закон теплового излучения в 1859 году и дал доказательство в 1861 году. Вместе Kirchhoff и Bunsen изобрели спектроскоп, который Kirchhoff использовал для пионерской работы по идентификации элементов на Солнце, показав в 1859 году, что Солнце содержит натрий. Он и Bunsen открыли цезий и рубидий в 1861 году. В Heidelberg он руководил математико-физическим семинаром, смоделированным по образцу семинара Neumann, совместно с математиком Leo Koenigsberger. На этом семинаре присутствовали Arthur Schuster и Sofia Kovalevskaya.
Он значительно способствовал развитию спектроскопии, формализовав три закона, описывающих спектральный состав света, излучаемого раскаленными объектами, опираясь на открытия David Alter и Anders Jonas Ångström см. также: анализ спектра. В 1862 году ему была присуждена Rumford Medal за его исследования неподвижных линий солнечного спектра и инверсии ярких линий в спектрах искусственного света. В 1875 году Kirchhoff принял первую кафедру, посвященную специально теоретической физике в Berlin.
Он также внес вклад в оптику, тщательно решив волновое уравнение, чтобы обеспечить прочную основу для принципа Гюйгенса и исправить его в процессе.
В 1884 году он стал иностранным членом Royal Netherlands Academy of Arts and Sciences.
Kirchhoff умер в 1887 году и был похоронен на кладбище St Matthäus Kirchhof в Schöneberg, Berlin всего в нескольких метрах от могил братьев Гриммов. Leopold Kronecker похоронен на том же кладбище.
Законы цепей Кирхгофа
Первый закон Кирхгофа гласит, что алгебраическая сумма токов в сети проводников, встречающихся в точке или узле, равна нулю. Второй закон состоит в том, что в замкнутой цепи направленная сумма напряжений в замкнутой системе равна нулю.
Три закона спектроскопии Кирхгофа
- Твердое тело, жидкость или плотный газ, возбужденные для излучения света, излучают на всех длинах волн и таким образом производят непрерывный спектр.
- Газ низкой плотности, возбужденный для излучения света, будет излучать на определенных длинах волн, и это производит спектр излучения. См. также: спектр излучения
- Если свет, составляющий непрерывный спектр, проходит через холодный газ низкой плотности, результатом будет спектр поглощения.
Kirchhoff не знал о существовании уровней энергии в атомах. Существование дискретных спектральных линий позже было объяснено моделью Бора атома, которая помогла привести к квантовой механике.
Закон термохимии Кирхгофа
Kirchhoff показал в 1858 году, что в термохимии изменение теплоты химической реакции дается разностью теплоемкости между продуктами и реагентами:
Интеграция этого уравнения позволяет оценить теплоту реакции при одной температуре по измерениям при другой температуре.
