Vita e lavoro di Gustav Kirchhoff, fisico

Gustav Robert Kirchhoff (12 marzo 1824-17 ottobre 1887) era un fisico tedesco. È noto soprattutto per lo sviluppo delle leggi di Kirchhoff, che quantificano la corrente e la tensione nei circuiti elettrici. Oltre alle leggi di Kirchhoff, Kirchhoff ha apportato numerosi altri contributi fondamentali alla fisica, incluso il lavoro sulla spettroscopia e la radiazione del corpo nero.

Fatti veloci: Gustav Kirchhoff

• Nome e cognome: Gustav Robert Kirchhoff
• Occupazione: Fisico
• Conosciuto per: Sviluppato le leggi di Kirchhoff per i circuiti elettrici
• Nato: 12 marzo 1824 a Königsberg, Prussia
• Morto: 17 ottobre 1887 a Berlino, Germania
• Nomi dei genitori: Carl Friedrich Kirchhoff, Juliane Johanna Henriette von Wittke
• Nomi dei coniugi: Clara Richelot (m. 1834-1869), Benovefa Karolina Sopie Luise Brömmel (m. 1872)

Primi anni e istruzione

Nato a Königsberg, in Prussia (ora Kaliningrad, in 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 iniziò a studiare nel dipartimento di matematica-fisica dell'Università Albertus di Königsberg. Lì, Kirchhoff frequentò 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

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 della 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 un dato nodo in un circuito, la corrente che entra nel nodo deve essere uguale alla somma delle correnti che escono dal nodo. 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. incandescentesolidi, 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 lunghezze d'onda specifiche e 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 di una superficie sono uguali in qualsiasi lunghezza d'onda e temperatura, se l'oggetto o la superficie sono in equilibrio termico statico.

Mentre studiava la radiazione termica, Kirchhoff coniò anche il termine "corpo nero" per descrivere un oggetto ipotetico che assorbiva tutta la luce in arrivo e quindi emetteva tutta quella luce quando veniva mantenuta a una temperatura costante per stabilire l'equilibrio termico. Nel 1900, il fisico Max Planck avrebbe ipotizzato che questi corpi neri assorbissero ed emettessero energia in determinati valori chiamati "quanti". Questa scoperta sarebbe servita come una delle intuizioni chiave per la meccanica quantistica.

Carriera accademica

Nel 1847, Kirchhoff si laureò all'Università di Königsberg e divenne professore non retribuito all'Università di Berlino in Germania nel 1848. Nel 1850 divenne professore associato all'Università di Breslau e nel 1854 professore di fisica all'Università di Heidelberg. A Breslau, Kirchhoff incontrò il chimico tedesco Robert Bunsen, da cui prese il nome il bruciatore Bunsen, e fu Bunsen che organizzò che Kirchhoff venisse all'università di Heidelberg.

Nel 1860, Kirchhoff e Bunsen mostrarono che ogni elemento poteva essere identificato con un modello spettrale unico, stabilendo che la spettroscopia poteva essere usata per analizzare sperimentalmente gli elementi. La coppia avrebbe scoperto gli elementi di cesio e rubidio mentre studiava 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 della meccanica quantistica. Nel 1875, Kirchhoff divenne la cattedra di fisica matematica a Berlino. Successivamente si ritirò nel 1886.

Più tardi vita ed eredità

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.

fonti

• 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.
• "Kirchhoff's Laws." Cornell University, 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.