Gustav Kirchhoff (1824-1887) era un fisico tedesco nato nel marzo 1824 nell'allora Prussia orientale. Durante la sua carriera scientifica ha dato importanti contributi in campi come l'elettricità, la spettroscopia o la misurazione della radiazione da corpi neri..
Fin dalla giovane età, Kirchhoff è stato incoraggiato dalla sua famiglia a dedicarsi all'insegnamento universitario. Dato che al liceo mostrava le sue buone condizioni per la matematica, decise di optare per quella materia, anche se nel ramo della fisica-matematica. A Königberg, dove ha studiato, è entrato in contatto con importanti scienziati che hanno influenzato la sua ricerca.
Senza aver ancora terminato gli studi universitari, Kirchhoff ha presentato alcune delle sue prime opere. Tra le più importanti ci sono le due serie di leggi che portano il suo nome. Uno è dedicato alla radiazione termica, anche se le più importanti erano le leggi relative all'ingegneria elettrica.
Kirchhoff ha trascorso la maggior parte della sua carriera presso l'Università di Heidelberg, nonostante abbia ricevuto offerte da altri centri più rinomati. Solo in età avanzata e con uno stato di salute piuttosto precario si è trasferito a Berlino. Nonostante ciò, rimase attivo fino al momento della sua morte, nell'ottobre 1887..
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Gustav Robert Kirchhoff nacque a Königberg (allora capitale della Prussia orientale) il 12 ottobre 1824. A quel tempo la città era nota per la sua attività intellettuale, al punto che ricevette l'appellativo di "Città della Ragione Pura".
La sua famiglia apparteneva all'élite locale, poiché suo padre era un avvocato noto per la sua devozione allo stato prussiano..
Le elevate capacità intellettuali di Gustav iniziarono a manifestarsi fin dalla tenera età. Inoltre, la sua educazione era diretta dal padre verso l'obbligo di servire la Prussia..
Entrambi i fattori fecero sì che i suoi passi professionali si concentrassero sul diventare professore universitario, poiché all'epoca si trattava di funzionari pubblici, il che coincideva con il desiderio del padre di mettere le sue capacità al servizio del suo paese..
L'istituto Kneiphof era il luogo scelto dalla sua famiglia perché il giovane Gustav frequentasse il liceo. In quel centro iniziò a mostrare le sue buone condizioni per la matematica, che lo portarono ad orientare i suoi studi universitari verso quella materia.
Kirchhoff è entrato nel centro universitario della sua città natale, l'Università Albertus. Questa istituzione era nota per il seminario di fisica matematica stabilito da Franz Neumann (considerato il padre della fisica teorica nel paese) e da Carl Gustav Jakob Jacobi (uno dei più eminenti matematici dell'epoca).
Il futuro scienziato partecipò a questo seminario tra il 1843 e il 1846. Tuttavia, non poté trarre vantaggio dagli insegnamenti di Jacobi, che era malato e, per questo motivo, fu Neumman ad avere la maggiore influenza sulla sua formazione..
Neumann si era interessato all'induzione elettrica a quella data e aveva pubblicato i suoi primi due lavori sull'induzione nel 1845. Questo fece sì che Kirchhoff, come suo discepolo, iniziasse a prestare attenzione anche a quell'argomento. Inoltre, ha anche studiato matematica con Friedrich Jules Richelot.
Già nel 1845, quando ancora studiava, Kirchhoff presentò un'opera sul flusso dell'elettricità in un piatto circolare. Questo studio sarebbe poi stato la base della sua tesi di dottorato.
Nello stesso anno prese come riferimento una teoria presentata da un altro fisico, Georg Simon Ohm, per formulare quelle che sarebbero state conosciute come le leggi dell'ingegneria elettrica di Kirchhoff..
La prima conseguenza della pubblicazione delle Leggi di Kirchhoff fu che l'autore ricevette una borsa di studio per continuare la sua formazione a Parigi. Tuttavia, la situazione in Europa all'epoca era molto tesa, soprattutto tra Prussia e Francia, che sarebbero finite in guerra nel 1870.
Per questo Kirchhoff ha rifiutato l'opzione di trasferirsi nella capitale francese. Invece, si stabilì a Berlino, dove iniziò a lavorare come Privatdozent (professore che non riceveva alcuno stipendio) presso l'Università di quella città.
Durante il tempo in cui ha svolto questa attività, lo scienziato non ha smesso di pubblicare i risultati delle sue ricerche. Tra questi, ha evidenziato il suo contributo alla teoria delle correnti elettriche ed elettrostatiche..
La sua destinazione successiva fu Breslavia (oggi Wroclaw), dove fu nominato Professore Straordinario.
La permanenza di Kirchhoff a Breslavia durò un anno, dal 1851 al 1852. Durante quel periodo, il fisico fece amicizia con Robert Bunsen, un noto chimico..
Fu Bunsen a convincere Kirchhoff a lasciare la città per iniziare a lavorare come insegnante di fisica ad Heidelberg. La collaborazione tra i due amici è stata molto fruttuosa ed entrambi sono diventati habitué degli incontri condotti da un gruppo di scienziati organizzati da Hermann von Helmholtz..
Gustav Kirchhoff sposò nel 1857 la figlia del suo ex insegnante di matematica a Konigsberg. Tuttavia, sua moglie, Clara Richelot, morì nel 1869, lasciando lo scienziato da solo alle cure dei cinque figli che avevano in comune. Nel 1872 lo scienziato si risposò, questa volta con Luise Brömmel.
In quel periodo la salute di Kirchhoff, che era sempre stata precaria, peggiorò e fu costretto a usare una sedia a rotelle o, in mancanza, le stampelle..
La fama dello scienziato andava aumentando e numerose università gli inviavano offerte per entrare a far parte del proprio staff. Kirchhoff, invece, ha preferito restare ad Heidelberg.
Lo stato di salute di Kirchhoff peggiorava sempre di più. Ben presto iniziò ad avere difficoltà a condurre gli esperimenti necessari per confermare le sue indagini. Nonostante il suo desiderio di non lasciare Heidelberg, alla fine decise di accettare un'offerta dall'Università di Berlino per occupare la cattedra di fisica-matematica..
Kirchhoff entrò nel suo nuovo incarico nel 1875 e, oltre ai compiti di insegnamento, continuò a condurre ricerche teoriche. Il risultato fu uno dei suoi trattati più noti: Vorlesungen über matematischen Physik, pubblicato in quattro volumi quando aveva già lasciato la cattedra di Berlino.
All'età di 63 anni, Gustav Kirchhoff morì a Berlino il 17 ottobre 1887.
Le leggi di Kirchhoff sono due gruppi di leggi sui circuiti elettrici e sull'emissione termica.
Entrambi i gruppi di leggi prendono il nome dal loro autore, sebbene i più noti siano quelli relativi all'ingegneria elettrica.
Lo scienziato ha sviluppato una serie di leggi per descrivere come si comporta l'emissione di luce da parte di oggetti incandescenti:
1- Un oggetto solido caldo produce luce in uno spettro continuo.
2- Un gas tenue produce luce con linee spettrali a lunghezze d'onda discrete che dipendono dalla composizione chimica del gas..
3- Un oggetto solido ad alta temperatura circondato da un gas debole a temperature inferiori produce luce in uno spettro continuo con spazi a lunghezze d'onda discrete le cui posizioni dipendono dalla composizione chimica del gas.
Le tre leggi sulla spettrografia di Kirchhoff furono, più tardi, la base della comparsa della meccanica quantistica.
Come notato, l'insieme di leggi sull'elettricità formulate da Kirchhoff è stato il suo contributo più rilevante alla scienza. Per fare questo, si è affidato al lavoro precedente di Georg Simon Ohm..
Queste leggi divennero presto strumenti fondamentali per l'analisi dei circuiti. In modo molto sintetico, la sua estensione permette di misurare l'intensità della corrente, nonché la differenza di potenziale in un certo punto all'interno di un circuito elettrico.
- Prima legge di Kirchhoff o legge corrispondente ai nodi: “In ogni nodo, la somma algebrica delle correnti elettriche che entrano è uguale alla somma delle correnti che escono. Come equivalente, la somma algebrica di tutte le correnti che passano attraverso il nodo è uguale a zero "
- Seconda legge di Kirchhoff o legge corrispondente alle maglie: “in un circuito chiuso di una rete, la somma dell'insieme delle cadute di tensione nei suoi componenti è uguale alla somma delle tensioni fornite e, quindi, alla somma algebrica delle differenze di potenziale in una maglia è zero. "
Oltre alle leggi che portano il suo nome, Kirchhoff ha dato molti altri contributi alla scienza, sia pratici che teorici. Pertanto, ha dedicato i suoi sforzi a migliorare la conoscenza dell'elettricità, della teoria delle placche, dell'ottica e della spettroscopia, tra gli altri campi di studio..
Allo stesso modo, ha condotto varie indagini su come avviene la conduzione del calore e ha cercato di misurare lo spettro delle stelle celesti, inclusi il sole e le nebulose. Quest'ultimo lo ha aiutato a creare un atlante spaziale e dimostrare la relazione tra l'assorbimento della luce e la sua emissione..
Kirchhof ha utilizzato la teoria della diffrazione presentata da Fresnel nel 1818 per sviluppare una formula che descrive come si comportano le onde luminose quando passano attraverso una piccola apertura..
Come notato, la collaborazione tra Gustav Kirchhoff e Robert Bunsen durante il loro soggiorno all'Università di Heidelberg è stata molto fruttuosa. Entrambi gli scienziati hanno provato tecniche pionieristiche per l'analisi spettrografica. In pratica, questo ha permesso loro di scoprire due nuovi elementi chimici: il rubidio e il cesio..
Per fare queste scoperte, i due ricercatori hanno dovuto realizzare un nuovo strumento: il moderno spettrografo. Proietta una fiamma sul fondo di una scala di diverse lunghezze d'onda. Pertanto, sono stati in grado di individuare le linee spettrali, che appaiono quando la luce si scompone nel suo spettro..
Un'altra delle indagini di Kirchhoff è stata quella di provare a misurare la composizione spettrale della nostra stella, il Sole.
Questa ricerca gli ha permesso di scoprire che quando la luce attraversa qualsiasi tipo di gas, ne assorbe le lunghezze d'onda, proprio come farebbe se fosse stata precedentemente riscaldata. Questa proprietà è stata battezzata linee Fraunhofer.
Kirchhoff ha usato le sue conoscenze acquisite come spiegazione per le linee scure presenti nello spettro solare che si intensificano quando la luce solare passa attraverso una fiamma. Il risultato di questa ricerca fu la promulgazione della legge sulle emissioni di Kirchhoff-Clausius e fu l'inizio di una nuova fase nel campo dell'astronomia.
Lo scienziato ha utilizzato i risultati ottenuti per determinare, nel 1861, la presenza nel Sole di elementi come magnesio, zinco, sodio o rame, come avviene nella crosta terrestre..
Alla fine, questi studi lo hanno aiutato a creare una mappa dello spettro solare. La mappa, stampata in quattro colori, è stata commissionata dall'Accademia delle scienze di Berlino.
Lo scienziato ha inoltre dedicato parte del suo tempo alla risoluzione di alcuni problemi legati alle placche elastiche e alla loro deformazione..
La prima teoria su questo argomento era stata pubblicata da Sophie Germain e Siméon Denis Poisson e, successivamente, perfezionata da Claude-Louis Navier. Il lavoro di Kirchhoff, che ha utilizzato il calcolo differenziale, è stato quello di rispondere alle domande ancora irrisolte..
Gustav Kirchhoff è stato autore, da solo o in collaborazione con altri colleghi, di diversi lavori scientifici.
Tra i più importanti c'è quello dedicato agli elementi chimici e ai loro spettri , Untersuchungen über das Sonnenspektrum und die Spektren chemischer Elementen (1861-1863); i suoi quattro volumi sulla fisica matematica, Vorlesungen über matematischen Physik (1876-1894) e il Gesammelte Abhandlungen.
I contributi di Gustav Kirchhoff alla scienza furono riconosciuti da un gran numero di istituzioni del suo tempo. Tra coloro che lo hanno nominato membro c'erano la Royal Society, l'Accademia americana delle arti e delle scienze, l'Accademia delle scienze russa e l'Accademia delle scienze prussiana..
Inoltre, lo scienziato ha ricevuto anche i seguenti premi e riconoscimenti in riconoscimento del suo lavoro.
- Ordine al merito delle scienze e delle arti.
- Medaglia Rumford.
- Ordine bavarese di Massimiliano per la scienza e le arti.
- Medaglia Matteucci.
- Medaglia Davy.
Dopo la sua morte, ricevette anche la medaglia Jansen e un cratere lunare e un asteroide furono battezzati con il suo cognome..
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