גוסטב קירכהוף
גוסטב רוברט קירכהוף (בגרמנית: Gustav Robert Kirchhoff; 12 במרץ 1824 – 17 באוקטובר 1887) היה פיזיקאי ומתמטיקאי גרמני שתרם להבנה הבסיסית של מעגלים חשמליים, ספקטרוסקופיה, ופליטת קרינת גוף שחור על ידי גופים מחוממים. הוא טבע את המונח גוף שחור בשנת 1860.
מספר קבוצות שונות של מושגים קרויות "חוקי קירכהוף" על שמו, הכוללות את חוקי קירכהוף למעגלים חשמליים, חוק קירכהוף לקרינה תרמית, נוסחת העקיפה של קירכהוף וחוק קירכהוף לתרמוכימיה.
פרס בונזן-קירכהוף לספקטרוסקופיה קרוי על שמו של קירכהוף ושל עמיתו, רוברט בונזן.
ביוגרפיה
גוסטב רוברט קירכהוף נולד ב-12 במרץ 1824 בקניגסברג, פרוסיה, בנם של פרידריך קירכהוף, עורך דין, ויוהאנה הנרייטה ויטקה. משפחתו הייתה לותרנית בכנסייה האוונגליסטית של פרוסיה.
קירכהוף למד באוניברסיטת קניגסברג, שם השתתף בסמינר המתמטי-פיזיקלי בהנחייתם של קארל גוסטב יעקב יעקובי (C. G. J. Jacobi), פרנץ ארנסט נוימן ופרידריך יוליוס ריכלו. בשנת 1845 ניסח קירכהוף שני חוקי מעגלים, הנפוצים כיום בהנדסת חשמל. הוא השלים מחקר זה כתרגיל סמינריוני; מאוחר יותר הוא הפך לעבודת הדוקטורט שלו, בהנחיית נוימן.
בשנת 1847 סיים קירכהוף את לימודיו באוניברסיטת קניגסברג והפך ל-Privatdozent (מרצה ללא שכר) באוניברסיטת ברלין, שם נשאר עד 1850 כאשר הוצעה לו משרת פרופסור באוניברסיטת ברסלאו. בשנת 1854 הוא נקרא לאוניברסיטת היידלברג, שם שיתף פעולה עם רוברט בונזן בעבודה ספקטרוסקופית. בשנת 1875 חזר קירכהוף לברלין, שם נשאר עד מותו ב-1887.
בשנת 1857 נשא קירכהוף לאישה את קלרה ריכלו, בתו של פרופסור המתמטיקה שלו ריכלו; לזוג היו חמישה ילדים. בשנת 1872, לאחר מותה של קלרה ב-1869, הוא נשא לאישה את לואיזה ברמל.
קירכהוף נפטר ב-17 באוקטובר 1887 בברלין בגיל 63. הוא קבור בבית הקברות Alter St.-Matthäus-Kirchhof בשנברג, ברלין (במרחק מטרים ספורים מקברי האחים גרים).
מחקר
בשנת 1850, המאמר של קירכהוף "Über das Gleichgewicht und die Bewegung einer elastischen Scheibe" פתר פגם טכני ספציפי שהעיב על תורת הלוחות מאז עבודתה המקורית של ז'רמן: בעיית תנאי השפה.
בשנת 1857 חישב קירכהוף שאות חשמלי בחוט ללא התנגדות נע לאורך החוט במהירות האור.
בשנת 1859 הציע קירכהוף חוק לקרינה תרמית, וסיפק הוכחה בשנת 1861.
יחד, קירכהוף ובונזן שיפרו את הספקטרוסקופ של יוזף פון פראונהופר (Joseph von Fraunhofer) משנת 1814, שבו השתמש קירכהוף כדי להיות חלוץ בזיהוי היסודות בשמש, והראה ב-1859 שהשמש מכילה נתרן. קירכהוף ובונזן גילו את הצסיום והרובידיום ב-1861.
קירכהוף תרם רבות לתחום הספקטרוסקופיה על ידי ניסוח שלושה חוקים המתארים את ההרכב הספקטרלי של אור הנפלט על ידי גופים לוהטים, בהתבסס באופן משמעותי על תגליותיהם של דייוויד אלטר ואנדרס יונאס אנגסטרם (Anders Jonas Ångström). בשנת 1862 הוא זכה במדליית רמפורד "על מחקריו על הקווים הקבועים של הספקטרום הסולארי, ועל היפוך הקווים הבהירים בספקטרום של אור מלאכותי".
קירכהוף תרם גם לאופטיקה, ופתר בקפידה את משוואת הגלים כדי לספק בסיס מוצק לעקרון הויגנס (תוך תיקונו בתהליך).
### תורת הלוחות של קירכהוף
משוואת הלוח הביהרמונית היא מסדר רביעי, לכן מבחינה מתמטית אנו זקוקים לשני תנאי שפה לכל קצה כדי לקבל בעיה מוגדרת היטב. אבל גזירות נאיביות נתנו שלושה תנאים לכל קצה — מערכת לא עקבית עם עודף נתונים. זה הפך את תיאוריות הלוחות המוקדמות של ז'רמן, פואסון ואחרים ללא עקביות פנימית או שגויות בשפה, למרות שמשוואת הפנים הייתה בבסיסה נכונה. קירכהוף סיפק את הבסיס המתמטי הקפדני הראשון בדיוק עבור תנאי השפה של קצה חופשי שיש ללוחות כלדני אמיתיים.
קירכהוף הראה, תוך שימוש בחשבון וריאציות המיושם על אנרגיית המאמץ של הלוח, שהמומנט המפותל לאורך קצה שקול סטטית להתפלגות של כוחות גזירה אנכיים (באמצעות המושג המוקדם של קלווין שזוג מפותל יכול להיות מוחלף בכוח רוחבי שקול). זה הפך את בעיית הערך העצמי הביהרמונית של הלוח למוגדרת היטב — בעיית ערך שפה מסדר רביעי פתירה ויחידה, התואמת את הסדר של המשוואה הדיפרנציאלית החלקית השלטת. זהו למעשה המקור לשימוש בשיטות אנרגיה/וריאציוניות כדי לגזור גם את המשוואה השלטת וגם את תנאי השפה שלה יחד ובעקביות — טכניקה שהפכה לסטנדרט הרבה מעבר לתורת הלוחות. זו הסיבה שהתאוריה הסטנדרטית של לוחות דקים כיום נקראת תורת הלוחות של קירכהוף-לאב (לאב הרחיב אותה מאוחר יותר לקליפות, בשנת 1888).
### חוקי המעגלים של קירכהוף
Twenty questions, eight minutes on the clock, and a percentile measured against everyone who has taken it. No sign-up.
Take the IQ test →החוק הראשון של קירכהוף קובע שבכל צומת במעגל חשמלי שבו זרם יכול להתפצל, סכום הזרמים היוצאים מהצומת שווה לסכום הזרמים הנכנסים לצומת. החוק השני קובע שהסכום האלגברי של מפל הפוטנציאל לאורך מעגל סגור, הנמדד בכל כיוון זרימה, שווה לאפס.
### שלושת חוקי הספקטרוסקופיה של קירכהוף
מוצק, נוזל או גז צפוף המעורר לפלוט אור יקרין בכל אורכי הגל ובכך ייצר ספקטרום רציף.
- גז בצפיפות נמוכה המעורר לפלוט אור יעשה זאת באורכי גל ספציפיים, וזה מייצר ספקטרום פליטה.
- אם אור המרכיב ספקטרום רציף עובר דרך גז קר ודליל, התוצאה תהיה ספקטרום בליעה.
קירכהוף לא ידע על קיומן של רמות אנרגיה באטומים. קיומם של קווים ספקטרליים בדידים היה ידוע מאז שפראונהופר גילה אותם ב-1814. העובדה שהקווים יצרו תבנית מתמטית בדידה תוארה על ידי יוהאן באלמר בשנת 1885. ג'וזף לרמור הסביר את פיצול הקווים הספקטרליים בשדה מגנטי הידוע כאפקט זימן על ידי תנודת אלקטרונים. קווים ספקטרליים בדידים אלו לא הוסברו כמעברים אלקטרוניים עד למודל האטום של בוהר בשנת 1913, שעזר להוביל למכניקת הקוונטים.
### חוק קירכהוף לקרינה תרמית
זה היה חוק קירכהוף לקרינה תרמית שבו הוא הציע חוק אוניברסלי לא ידוע לקרינה, שהוביל את מקס פלאנק לגילוי קוונטום הפעולה שהוביל למכניקת הקוונטים.
### חוק קירכהוף לתרמוכימיה
קירכהוף הראה ב-1858 כי בתרמוכימיה, השינוי בחום של תגובה כימית ניתן על ידי ההפרש בקיבול החום בין התוצרים למגיבים:
(
∂ Δ H
∂ T
)
p
= Δ
C
p
{\displaystyle \left({\frac {\partial \Delta H}{\partial T}}\right)_{p}=\Delta C_{p}}
.
אינטגרציה של משוואה זו מאפשרת את הערכת חום התגובה בטמפרטורה אחת ממדידות בטמפרטורה אחרת.
### משפט קירכהוף בתורת הגרפים
קירכהוף עבד גם בתחום המתמטי של תורת הגרפים, שבו הוכיח את משפט עץ המטריצה של קירכהוף.
הכרה
### פרסים
### חברויות
### עיטורים
פרסומים
Gesammelte Abhandlungen (בגרמנית). לייפציג: יוהאן אמברוסיוס בארת. 1882.
- Vorlesungen über Electricität und Magnetismus (בגרמנית). לייפציג: בנדיקטוס גוטהלף טויבנר. 1891.
- Vorlesungen über mathematische Physik. 4 כרכים, B. G. Teubner, לייפציג 1876–1894. כרך 1: Mechanik. מהדורה ראשונה, B. G. Teubner, לייפציג 1876 (מקוון).
- כרך 2: Mathematische Optik. B. G. Teubner, לייפציג 1891 (בעריכת קורט הנזל, מקוון).
- כרך 3: Electricität und Magnetismus. B. G. Teubner, לייפציג 1891 (בעריכת מקס פלאנק, מקוון).
- כרך 4: Theorie der Wärme. B. G. Teubner, לייפציג 1894, בעריכת מקס פלאנק