Le leggi di Gustav Kirchhoff e Kirchhoff per i circuiti elettrici

Gustav Robert Kirchhoff (12 marzo 1824 - 17 ottobre 1887) era un fisico tedesco. È noto per lo sviluppo Le leggi di Kirchhoff, che quantifica il attuale e voltaggio nei circuiti elettrici. Oltre alle leggi di Kirchhoff, Kirchhoff ha dato una serie di altri contributi fondamentali alla fisica, incluso il lavoro su spettroscopia e radiazione di corpo nero.

Fatti veloci: Gustav Kirchhoff

Nato a Königsberg, Prussia (ora Kaliningrad, Russia), Gustav Kirchhoff era il più giovane di tre figli. I suoi genitori erano Carl Friedrich Kirchhoff, un consulente legale dedicato allo stato prussiano, e Juliane Johanna Henriette von Wittke. I genitori di Kirchhoff incoraggiarono i loro figli a servire lo stato prussiano nel miglior modo possibile. Kirchoff era uno studente accademicamente forte, quindi progettò di diventare un professore universitario, che a quel tempo era considerato un ruolo di funzionario in Prussia. Kirchhoff ha frequentato il liceo Kneiphofische con i suoi fratelli e si è diplomato nel 1842.

Dopo il diploma, Kirchhoff ha iniziato a studiare nel dipartimento di matematica-fisica dell'Università Albertus di Königsberg. Qui Kirchhoff partecipò a un seminario di matematica-fisica dal 1843 al 1846 sviluppato dai matematici Franz Neumann e Carl Jacobi.

Neumann in particolare ebbe un profondo impatto su Kirchhoff e lo incoraggiò a perseguire la fisica matematica, un campo che si concentra sullo sviluppo di metodi matematici per problemi di fisica. Mentre studiava con Neumann, Kirchhoff pubblicò il suo primo documento nel 1845 all'età di 21 anni. Questo documento conteneva le due leggi di Kirchhoff, che consentono il calcolo della corrente e della tensione nei circuiti elettrici.

Le leggi di Kirchhoff per la corrente e la tensione sono alla base dell'analisi dei circuiti elettrici, consentendo la quantificazione della corrente e della tensione all'interno del circuito. Kirchhoff derivò queste leggi generalizzando i risultati di Legge di Ohm, che afferma che la corrente tra due punti è direttamente proporzionale alla tensione tra quei punti e inversamente proporzionale alla resistenza.

La prima legge di Kirchhoff dice che in corrispondenza di una data giunzione in un circuito, la corrente che va nella giunzione deve essere uguale alla somma delle correnti che escono dalla giunzione. La seconda legge di Kirchhoff dice che se c'è un circuito chiuso in un circuito, la somma delle differenze di tensione all'interno del circuito è uguale a zero.

Attraverso la sua collaborazione con Bunsen, Kirchhoff ha sviluppato tre leggi di Kirchhoff per la spettroscopia:

1. Incandescenti solidi, liquidi o gas densi - che si accendono dopo essere stati riscaldati - emettono a continuo spettro di luce: emettono luce a tutte le lunghezze d'onda.
2. Un gas caldo a bassa densità produce un emissione-line spettro: il gas emette luce a determinate lunghezze d'onda discrete, che possono essere viste come linee luminose in uno spettro altrimenti scuro.
3. Uno spettro continuo che attraversa un gas più freddo e a bassa densità produce un assorbimento-line spettro: il gas assorbe luce a specifiche lunghezze d'onda discrete, che possono essere viste come linee scure in uno spettro altrimenti continuo.

Poiché gli atomi e le molecole producono i propri spettri unici, queste leggi consentono l'identificazione di atomi e molecole trovati nell'oggetto oggetto di studio.

Kirchhoff eseguì anche importanti lavori di radiazione termica e propose la legge di radiazione termica di Kirchhoff nel 1859. Questa legge afferma che l'emissività (capacità di emettere energia come radiazione) e l'assorbanza (capacità di assorbire le radiazioni) di un oggetto o una superficie sono uguali a qualsiasi lunghezza d'onda e temperatura, se l'oggetto o la superficie sono termici statici equilibrio.

Mentre studiava la radiazione termica, Kirchhoff coniò anche il termine "corpo nero" per descrivere un oggetto ipotetico che assorbiva tutto luce in arrivo e quindi ha emesso tutta quella luce quando è stata mantenuta a una temperatura costante per stabilire la temperatura equilibrio. Nel 1900, il fisico Max Planck ipotizzerebbe che questi corpi neri assorbissero ed emettessero energia in determinati valori chiamati "Quanta“. Questa scoperta servirebbe come una delle intuizioni chiave per la meccanica quantistica.

Nel 1847, Kirchhoff si laureò all'Università di Königsberg e divenne un docente non retribuito all'Università di Berlino in Germania nel 1848. Nel 1850 divenne professore associato all'Università di Breslavia e nel 1854 professore di fisica all'Università di Heidelberg. A Breslau, Kirchhoff incontrò il chimico tedesco Robert Bunsen, dopo di che il Bruciatore Bunsen fu chiamato e fu Bunsen a organizzare la visita di Kirchhoff all'università di Heidelberg.

Nel 1860, Kirchhoff e Bunsen mostrarono che ogni elemento poteva essere identificato con un unico modello spettrale, stabilendo che la spettroscopia potrebbe essere utilizzata per analizzare sperimentalmente gli elementi. La coppia avrebbe scoperto gli elementi cesio e rubidio mentre studia gli elementi del sole usando la spettroscopia.

Oltre al suo lavoro in spettroscopia, Kirchhoff avrebbe anche studiato la radiazione di corpo nero, coniando il termine nel 1862. Il suo lavoro è considerato fondamentale per lo sviluppo di meccanica quantistica. Nel 1875, Kirchhoff divenne la cattedra di fisica matematica a Berlino. Successivamente si ritirò nel 1886.

Kirchhoff morì il 17 ottobre 1887 a Berlino, in Germania all'età di 63 anni. È ricordato per il suo contributo nel campo della fisica e per la sua influente carriera di insegnante. Le leggi di Kirchhoff per i circuiti elettrici sono ora insegnate come parte dei corsi introduttivi di fisica sull'elettromagnetismo.

• Hockey, Thomas A., editore. L'Enciclopedia biografica degli astronomi. Springer, 2014.
• Inan, Aziz S. "Che cosa ha inciampato Gustav Robert Kirchhoff in 150 anni fa?" Atti del simposio internazionale IEEE 2010 su circuiti e sistemi, pagg. 73–76.
• "Le leggi di Kirchhoff". Università Cornell, http://astrosun2.astro.cornell.edu/academics/courses/astro201/kirchhoff.htm.
• Kurrer, Karl-Eugen. La storia della teoria delle strutture: dall'analisi dell'arco alla meccanica computazionale. Ernst & Sohn, 2008.
• "Gustav Robert Kirchhoff." Espressioni molecolari: scienza, ottica e te, 2015, https://micro.magnet.fsu.edu/optics/timeline/people/kirchhoff.html.
• O’Connor, J. J. e Robertson, E. F. "Gustav Robert Kirchhoff." Università di St. Andrews, in Scozia, 2002.
• Palma, Christopher. "Le leggi e la spettroscopia di Kirchoff." La Pennsylvania State University, https://www.e-education.psu.edu/astro801/content/l3_p6.html.