12. 3. 1824–17. 10. 1887
Německý fyzik, zakladatel spektrální analýzy, tvůrce Kirchhoffových zákonů elektrických obvodů a zákonů záření černého tělesa.
Gustav Robert Kirchhoff se narodil 12. března 1824 v Königsbergu (Prusko, nyní Kaliningrad v Rusku). Studoval fyziku a matematiku na Albertus University v Königsbergu, kde ho nejvíce ovlivnil fyzik a matematik Franz Ernst Neumann, pod jehož vedením formuloval Kirchhoffovy zákony již jako student čtvrtého ročníku. Doktorát získal v roce 1847 tamtéž. Poté přešel do Berlína jako privatdozent a roku 1850 byl jmenován mimořádným profesorem fyziky na Univerzitě v Breslau. Od roku 1854 byl profesorem fyziky na Univerzitě v Heidelbergu, kde navázal plodnou spolupráci s chemikem Robertem Bunsenem. Po nehodě v roce 1868, která ho upoutala na vozík, přijal v roce 1875 profesuru matematické fyziky na Berlínské univerzitě, kde setrval až do smrti.
Kirchhoffovy zákony elektrických obvodů
Kirchhoffovy zákony
- První Kirchhoffův zákon (zákon o uzlech, KCL):
- Algebraický součet proudů v libovolném uzlu elektrického obvodu se rovná nule: ΣI = 0. Součet proudů přitékajících do uzlu se rovná součtu proudů z uzlu odtékajících.
- Druhý Kirchhoffův zákon (zákon o smyčkách, KVL):
- V libovolné uzavřené smyčce elektrické sítě se algebraický součet elektromotorických napětí zdrojů rovná algebraickému součtu úbytků napětí na odporech: ΣUe = Σ(Ik · Rk).
Kirchhoff tyto zákony formuloval a publikoval v roce 1845, ještě jako student čtvrtého ročníku v Königsbergu. Jde o rozšíření Ohmova zákona na rozvětvené obvody; jsou základem všech výpočtů elektrických sítí – od napájecích zdrojů po integrované obvody. Kirchhoff zároveň prokázal, že elektrický signál se šíří vodičem rychlostí světla.
Spektrální analýza a objev cessia a rubidia
Spolu s Robertem Bunsenem vyvinul Kirchhoff v Heidelbergu metodu spektrální analýzy. V roce 1859 Kirchhoff vysvětlil Fraunhoferovy absorpční čáry ve slunečním spektru: plyn pohltí právě ty vlnové délky, které sám vyzařuje zahřátý na stejnou teplotu – to je Kirchhoffův zákon záření. Tímto principem dokázal určit chemické složení Slunce a hvězd ze Země, aniž by je fyzicky odebral.
Bunsen a Kirchhoff sestavili spektroskop a systematicky zkoumali emisní spektra prvků. V roce 1860 tak objevili nový alkalický kov cesium (pojmenovaný podle latinského caesius = nebesky modrý, podle barvy spektrálních čar) a v roce 1861 rubidium (z latinského rubidus = tmavě červený). Spektrální analýza se stala základní metodou analytické chemie i astronomie a Kirchhoff s Bunsenem za ni obdrželi řadu ocenění. Během mapování slunečního spektra si Kirchhoff vážně poškodil zrak.
Zákon záření černého tělesa
Kirchhoff v roce 1859 definoval pojem černého tělesa – ideálního pohlcovače a zářiče, který pohltí veškeré dopadající záření a jehož spektrum závisí výhradně na teplotě, nikoli na materiálu. Formuloval zákon, že v každé dutině obklopené tělesy o stejné teplotě vznikne záření závislé jen na teplotě stěn. Ukázal, že poměr schopnosti vyzařování a pohlcování je pro všechna tělesa při téže teplotě stejný a rovná se vyzařování černého tělesa.
Tato otázka – jaký tvar má spektrum černého tělesa? – zůstávala dlouho nevyřešena. Její řešení přinesl Max Planck v roce 1900 za cenu předpokladu, že energie záření je kvantována v diskrétních dávkách – kvantech. Kirchhoffův problém tak nepřímo podnítil vznik kvantové fyziky.
Roku 1874 vydal Kirchhoff Přednášky o mechanice. Dílo začíná větou: Mechanika je věda o pohybu; úkolem této vědy je popsat pohyby, k nimž dochází v přírodě, úplně a co nejjednodušším způsobem.
Zdroj: Wikipedia
Roku 1875 se stal Kirchhoff zahraničním členem londýnské Královské společnosti. Gustav Robert Kirchhoff zemřel 17. října 1887 v Berlíně ve věku 63 let.
Časté otázky
- Kdy Kirchhoff formuloval své obvodové zákony?
- V roce 1845 – ještě jako student čtvrtého ročníku na Albertus University v Königsbergu. Výsledky publikoval v Annalen der Physik. Hlavním inspirátorem byl jeho profesor Franz Ernst Neumann, nikoli Gauss, který působil v Göttingen.
- Jak Kirchhoff zjistil složení Slunce?
- Ze srovnání Fraunhoferových tmavých čar (absorpčních čar) ve slunečním spektru s emisními spektry prvků změřenými v laboratoři. Kirchhoffův zákon záření říká, že prvek pohltí právě ty vlnové délky, které sám vyzáří zahřátý – tatáž spektrální čára ve dvou kontextech je podpisem téhož prvku.
- Jaká je vazba mezi Kirchhoffovým černým tělesem a kvantovou fyzikou?
- Kirchhoff roku 1859 přesně definoval záření černého tělesa a označil výpočet jehо spektra jako zásadní otevřený problém. Planck ho vyřešil v roce 1900 tím, že zavedl kvanta energie – čímž neúmyslně odstartoval kvantovou mechaniku.
- Co jsou Kirchhoffovy zákony záření – liší se od obvodových zákonů?
- Ano, jsou to dva různé příspěvky. Obvodové zákony (KCL, KVL, 1845) popisují proudy a napětí v elektrických sítích. Zákon záření (1859) říká, že poměr vyzařovací a absorpční schopnosti tělesa závisí jen na teplotě a vlnové délce, nikoli na materiálu – a rovná se vyzařování černého tělesa.
Další informace
- Gustav Robert Kirchhoff – MacTutor, University of St. Andrews
- Gustav Kirchhoff – Wikipedie
- Gustav Robert Kirchhoff – Britannica
- 200 Jahre Kirchhoff – KIP Heidelberg
Časté překlepy: Kirchoff, Kirhhoff, Kirchof.
Pojmenováno po Kirchhoffovi
- Kirchhoffovy zákony (KCL, KVL) – základní zákony analýzy elektrických obvodů
- Kirchhoffův zákon záření – zákon tepelného záření
- Kirchhoffův-Huygensonův difrakční integrál
- Kirchhoffova matice – teorie grafů (počet koster grafu)
Související
- Georg Simon Ohm – Ohmův zákon, základ, který Kirchhoff rozšířil
- Max Planck – vyřešil Kirchhoffův problém záření černého tělesa (1900)
- K. F. Gauss – Gaussovy práce o elektřině Kirchhoff rozšiřoval
- Michael Faraday – elektromagnetismus, soudobá fyzika
- Elektrický odpor – praktické využití Kirchhoffových zákonů