Густав Кирхгоф
Немецкий физик (1824–1887)

Густав Кирхгоф
Рожденный( 1824-03-12 )12 марта 1824 г.
Кенигсберг , Королевство Пруссия
(ныне Калининград , Россия )
Умер17 октября 1887 г. (1887-10-17)(63 года)
Берлин , Германская империя
Место отдыхаAlter St.-Matthäus-Kirchhof
Альма-матерУниверситет Кёнигсберга
Известный
Награды
Научная карьера
ПоляФизика
Математика
Учреждения
научный руководительФранц Эрнст Нойманн [ необходима цитата ]
Известные студенты

Густав Роберт Кирхгоф ( нем. [ˈkɪʁçhɔf] ; 12 марта 1824 — 17 октября 1887) — немецкий физик и математик , внёсший вклад в фундаментальное понимание электрических цепей , спектроскопии и излучения чёрного тела нагретыми объектами. [1] [2]

В 1860 году он ввел термин «излучение черного тела» .

В честь него названы несколько различных наборов концепций, в том числе законы Кирхгофа для электрических цепей , закон Кирхгофа для теплового излучения и закон Кирхгофа для термохимии.

Премия Бунзена-Кирхгофа в области спектроскопии названа в честь Кирхгофа и его коллеги Роберта Бунзена .

Жизнь и работа

Густав Кирхгоф родился 12 марта 1824 года в Кёнигсберге , Пруссия , в семье юриста Фридриха Кирхгофа и Иоганны Генриетты Виттке. [3] Его семья была лютеранами в Евангелической церкви Пруссии . Он окончил Альбертский университет в Кёнигсберге в 1847 году, где посещал математико-физический семинар под руководством Карла Густава Якоба Якоби , [4] Франца Эрнста Неймана и Фридриха Юлиуса Ришело . В том же году он переехал в Берлин , где оставался до тех пор, пока не получил профессорскую должность в Бреслау . Позже, в 1857 году, он женился на Кларе Ришело, дочери своего профессора математики Ришело. У пары было пятеро детей. Клара умерла в 1869 году. Он женился на Луизе Бреммель в 1872 году. [5]

Черно-белое изображение двух мужчин среднего возраста, один из которых опирается локтем на деревянную колонну посередине. Оба в длинных куртках, а у невысокого мужчины слева борода.
Кирхгоф (слева) и Роберт Бунзен , около  1850 г.

Кирхгоф сформулировал свои законы цепи , которые теперь повсеместно используются в электротехнике , в 1845 году, когда он был еще студентом. Он завершил это исследование как семинарское упражнение; позже оно стало его докторской диссертацией. Он был приглашен в Гейдельбергский университет в 1854 году, где он сотрудничал в спектроскопической работе с Робертом Бунзеном . В 1857 году он вычислил, что электрический сигнал в проводе без сопротивления распространяется по проводу со скоростью света . [6] [7] Он предложил свой закон теплового излучения в 1859 году и дал доказательство в 1861 году. Вместе Кирхгоф и Бунзен изобрели спектроскоп , который Кирхгоф использовал для пионерской идентификации элементов на Солнце , показав в 1859 году, что Солнце содержит натрий . Он и Бунзен открыли цезий и рубидий в 1861 году. [8] В Гейдельберге он провел математико-физический семинар, смоделированный по образцу семинара Франца Эрнста Неймана, с математиком Лео Кенигсбергером . Среди тех, кто посетил этот семинар, были Артур Шустер и Софья Ковалевская .

Он внес большой вклад в область спектроскопии , формализовав три закона, описывающих спектральный состав света, излучаемого раскаленными объектами, в значительной степени опираясь на открытия Дэвида Альтера и Андерса Йонаса Ангстрема . В 1862 году он был награжден медалью Рамфорда за свои исследования фиксированных линий солнечного спектра и инверсии ярких линий в спектрах искусственного света. [a] В 1875 году Кирхгоф занял первую кафедру, специально посвященную теоретической физике в Берлине.

Он также внес вклад в оптику , тщательно решив волновое уравнение , чтобы обеспечить прочную основу для принципа Гюйгенса (и исправить его в процессе). [10] [11]

В 1864 году он был избран членом Американского философского общества . [12]

В 1884 году он стал иностранным членом Королевской Нидерландской академии искусств и наук . [13]

Кирхгоф умер в 1887 году и был похоронен на кладбище Святого Матфея в Кирхгофе в Шёнеберге , Берлин (всего в нескольких метрах от могил братьев Гримм ). Леопольд Кронекер похоронен на том же кладбище.

Законы Кирхгофа

Первый закон Кирхгофа гласит, что алгебраическая сумма токов в сети проводников, встречающихся в точке (или узле), равна нулю. Второй закон гласит, что в замкнутой цепи направленные суммы напряжений в системе равны нулю.

Три закона спектроскопии Кирхгофа

Визуальное изображение законов спектроскопии Кирхгофа
  1. Твердое тело, жидкость или плотный газ, возбужденные для испускания света, будут излучать волны всех длин и, таким образом, создавать непрерывный спектр.
  2. Газ низкой плотности, возбужденный для излучения света, будет делать это на определенных длинах волн, и это создает спектр излучения .
  3. Если свет, составляющий непрерывный спектр, проходит через холодный газ с низкой плотностью, результатом будет спектр поглощения.

Кирхгоф не знал о существовании энергетических уровней в атомах. Существование дискретных спектральных линий было известно с тех пор, как Фраунгофер открыл их в 1814 году. И то, что линии образуют дискретную математическую картину, было описано Иоганном Бальмером в 1885 году. Джозеф Лармор объяснил расщепление спектральных линий в магнитном поле , известное как эффект Зеемана , колебаниями электронов . [14] [15] Но эти дискретные спектральные линии не были объяснены как электронные переходы до модели атома Бора в 1913 году, которая помогла привести к квантовой механике .

Закон Кирхгофа теплового излучения

Именно закон теплового излучения Кирхгофа , в котором он предложил неизвестный универсальный закон для излучения, привел Макса Планка к открытию кванта действия, что привело к возникновению квантовой механики .

Закон термохимии Кирхгофа

Кирхгоф показал в 1858 году, что в термохимии изменение теплоты химической реакции определяется разницей в теплоемкости продуктов и реагентов:

( ∂ Δ ЧАС ∂ Т ) п = Δ С п {\displaystyle \left({\frac {\partial \Delta H}{\partial T}}\right)_{p}=\Delta C_{p}} .

Интеграция этого уравнения позволяет оценить теплоту реакции при одной температуре по измерениям при другой температуре. [16] [17]

Теорема Кирхгофа в теории графов

Кирхгоф также работал в математической области теории графов , в которой он доказал теорему Кирхгофа о матричном дереве .

Работы

  • Gesammelte Abhandlungen (на немецком языке). Лейпциг: Иоганн Амброзиус Барт. 1882.
  • Vorlesungen über Electricität und Magnetismus (на немецком языке). Лейпциг: Бенедикт Готхельф Тойбнер. 1891.
  • Vorlesungen über mathematische Physik . 4 тома, Б. Г. Тойбнер, Лейпциг, 1876–1894 гг.
    • Том. 1: Механик . 1. Ауфляж, Б. Г. Тойбнер, Лейпциг, 1876 г. (онлайн).
    • Том. 2: Математическая оптика . Б. Г. Тойбнер, Лейпциг, 1891 г. (Herausgegeben von Kurt Hensel, онлайн).
    • Том. 3: Электричество и магнетизм . Б. Г. Тойбнер, Лейпциг, 1891 г. (Herausgegeben von Max Planck, онлайн).
    • Том. 4: Теория тепла. Б. Г. Тойбнер, Лейпциг, 1894 г., Herausgegeben von Max Planck [18]

Смотрите также

Примечания

  1. ^ Банкир Кирхгофа, услышав, что Кирхгоф определил элементы, присутствующие в Солнце, заметил: «Какая польза золоту на Солнце, если его нельзя доставить на Землю?» Кирхгоф внес свои призовые деньги (золотые соверены) на хранение банкиру, сказав: «Вот золото с Солнца». [9]

Ссылки

  1. ^ Маршалл, Джеймс Л.; Маршалл, Вирджиния Р. (2008). «Повторное открытие элементов: минеральные воды и спектроскопия» (PDF) . The Hexagon : 42–48 . Получено 31 декабря 2019 .
  2. ^ Уэйгуд, Адриан (19 июня 2013 г.). Введение в электротехнику. Routledge. ISBN 9781135071134.
  3. ^ Кондепуди, Дилип; Пригожин, Илья (5 ноября 2014 г.). Современная термодинамика: от тепловых двигателей до диссипативных структур. John Wiley & Sons. стр. 288. ISBN 9781118698709.
  4. ^ Хоккей, Томас (2009). "Кирхгофф, Густав Роберт". Биографическая энциклопедия астрономов . Springer Nature . ISBN 978-0-387-31022-0. Получено 22 августа 2012 г.
  5. ^ "Густав Роберт Кирхгоф - Dauerausstellung" . Кирхгоф-Институт физики . Проверено 18 марта 2016 г. 16 августа 1857 года, наследница Клары Ришело, die Tochter des Königsberger Mathematikers... Фрау Клара, звезда 1869 года. Я, декабрь 1872 года, наследница Кирхгофа Луизы Бреммель.
  6. ^ Кирхгоф, Густав (1857). «О движении электричества в проводах». Philosophical Magazine . 13 : 393–412.
  7. ^ Грано, Питер; Ассис, Андре Кох Торрес (1994). «Кирхгоф о движении электричества в проводниках» (PDF) . Apeiron . 1 (19): 19–25. Архивировано (PDF) из оригинала 8 января 2006 г.
  8. ^ Уикс, Мэри Эльвира (1956). Открытие элементов (6-е изд.). Истон, Пенсильвания: Журнал химического образования.
  9. ^ Азимов, Айзек , Секрет Вселенной , Oxford University Press, 1992, стр. 109
  10. ↑ Бейкер, Беван Б.; и Копсон, Эдвард Т.; Математическая теория принципа Гюйгенса , Oxford University Press, 1939, стр. 36–38.
  11. ^ Миллер, Дэвид АБ; «Исправленный принцип распространения волн Гюйгенса», Optics Letters 16 , 1370–1372, 1991
  12. ^ "История члена APS". search.amphilsoc.org . Получено 16 апреля 2021 г. .
  13. ^ "GR Kirchhoff (1824–1887)". Королевская Нидерландская академия искусств и наук . Получено 22 июля 2015 г.
  14. ^ Бухвальд, Джед З.; и Уорик, Эндрю; редакторы; История электрона: рождение микрофизики
  15. ^ Лармор, Джозеф (1897), «О динамической теории электрической и светоносной среды, часть 3, отношения с материальными средами»  , Philosophical Transactions of the Royal Society , 190 : 205–300, Bibcode : 1897RSPTA.190..205L, doi : 10.1098/rsta.1897.0020
  16. ^ Laidler, Keith J. и Meiser, JH; «Физическая химия», Benjamin/Cummings 1982, стр. 62
  17. ^ Аткинс, Питер ; и де Паула, Дж.; «Физическая химия Аткинса», WH Freeman, 2006 (8-е издание), стр. 56
  18. ^ Мерритт, Эрнест (1895). «Обзор Vorlesungen über mathematische Physik. Vol. IV. Theorie der Wärme Густава Кирхгофа под редакцией Макса Планка». Физический обзор . Американское физическое общество: 73–75.

Библиография

  • Варбург, Э. (1925). «Zur Erinnerung Густава Кирхгофа». Die Naturwissenschaften . 13 (11): 205. Бибкод : 1925NW.....13..205W. дои : 10.1007/BF01558883. S2CID  30039558.
  • Степанов, Б.И. (1977). «Густав Роберт Кирхгоф (к девяностолетию со дня его смерти)». Журнал прикладной спектроскопии . 27 (3): 1099. Bibcode : 1977JApSp..27.1099S. doi : 10.1007/BF00625887. S2CID  95181496.
  • Everest, AS (1969). "Кирхгоф-Густав Роберт 1824–1887". Физическое образование . 4 (6): 341. Bibcode :1969PhyEd...4..341E. doi :10.1088/0031-9120/4/6/304. S2CID  250765281.
  • Кирхгоф, Густав (1860). «Ueber die Fraunhoferschen Linien». Monatsberichte der Königliche Preussische Akademie der Wissenschaften zu Berlin : 662–665. ISBN 978-1-113-39933-5.Полный текст HathiTrust. Частичный перевод на английский язык доступен в Magie, William Francis , A Source Book in Physics (1963). Cambridge: Harvard University Press . стр. 354-360.
  • Кирхгоф, Густав (1860). «IV. Ueber das Verhältniß zwischen dem Emissionsvermögen und dem Absorbsvermögen der Körper für Wärme und Licht», Annalen der Physik 185(2), 275–301. (выдумка термина «черное тело») [О соотношении излучательной способности и поглощающей способности тел тепла и света]

Дальнейшее чтение

  • Цитаты, связанные с Густавом Кирхгофом в Wikiquote
  • Медиа, связанные с Густавом Робертом Кирхгофом на Wikimedia Commons
  • Открытая библиотека
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Густав_Кирхгофф&oldid=1252484942"