Vie et œuvre de Gustav Kirchhoff, physicien

Gustav Robert Kirchhoff (12 mars 1824-17 octobre 1887) était un physicien allemand. Il est surtout connu pour avoir développé les lois de Kirchhoff, qui quantifient le courant et la tension dans les circuits électriques. En plus des lois de Kirchhoff, Kirchhoff a fait un certain nombre d'autres contributions fondamentales à la physique, y compris des travaux sur la spectroscopie et le rayonnement du corps noir.

Faits en bref: Gustav Kirchhoff

• Nom complet: Gustav Robert Kirchhoff
• Occupation: Physicien
• Connu pour: Développement des lois de Kirchhoff pour les circuits électriques
• Née: 12 mars 1824 à Königsberg, Prusse
• Décédés: 17 octobre 1887 à Berlin, Allemagne
• Noms des parents: Carl Friedrich Kirchhoff, Juliane Johanna Henriette von Wittke
• Noms des conjoints: Clara Richelot (m. 1834-1869), Benovefa Karolina Sopie Luise Brömmel (m. 1872)

Petite enfance et éducation

Né à Königsberg, en Prusse (aujourd'hui Kaliningrad, Russie), Gustav Kirchhoff était le plus jeune de trois fils. Ses parents étaient Carl Friedrich Kirchhoff, un conseiller juridique consacré à l'État prussien, et Juliane Johanna Henriette von Wittke. Les parents de Kirchhoff ont encouragé leurs enfants à servir l'État prussien du mieux qu'ils le pouvaient. Kirchoff était un étudiant académiquement solide, alors il envisageait de devenir professeur d'université, ce qui était considéré comme un fonctionnaire en Prusse à cette époque. Kirchhoff fréquente le Kneiphofische High School avec ses frères et obtient son diplôme en 1842.

Après avoir obtenu son diplôme d'études secondaires, Kirchhoff a commencé à étudier au département de mathématiques-physique de l'Université Albertus de Königsberg. Là, Kirchhoff a assisté à un séminaire de mathématiques-physique de 1843 à 1846 développé par les mathématiciens Franz Neumann et Carl Jacobi.

Neumann en particulier a eu un impact profond sur Kirchhoff et l'a encouragé à poursuivre la physique mathématique - un domaine qui se concentre sur le développement de méthodes mathématiques pour les problèmes de physique. Pendant ses études avec Neumann, Kirchhoff a publié son premier article en 1845 à 21 ans. Cet article contenait les deux lois de Kirchhoff, qui permettent le calcul du courant et de la tension dans les circuits électriques.

Les lois de Kirchhoff

Les lois de Kirchhoff pour le courant et la tension sont à la base de l'analyse des circuits électriques, permettant la quantification du courant et de la tension à l'intérieur du circuit. Kirchhoff a dérivé ces lois en généralisant les résultats de la loi d'Ohm, qui stipule que le courant entre deux points est directement proportionnel à la tension entre ces points et inversement proportionnel à la résistance.

La première loi de Kirchhoff dit qu'à une jonction donnée dans un circuit, le courant entrant dans la jonction doit être égal à la somme des courants sortant de la jonction. La deuxième loi de Kirchhoff dit que s'il y a une boucle fermée dans un circuit, la somme des différences de tension dans la boucle est égale à zéro.

Grâce à sa collaboration avec Bunsen, Kirchhoff a développé trois lois de Kirchhoff pour la spectroscopie:

1. Incandescentles solides, les liquides ou les gaz denses - qui s'allument après avoir été chauffés - émettent un continu spectre de lumière: ils émettent de la lumière à toutes les longueurs d'onde.
2. Un gaz chaud de faible densité produit un ligne d'émission spectre: le gaz émet de la lumière à des longueurs d'onde discrètes spécifiques, qui peuvent être vues comme des lignes lumineuses dans un spectre par ailleurs sombre.
3. Un spectre continu traversant un gaz plus froid et de faible densité produit un ligne d'absorption spectre: le gaz absorbe la lumière à des longueurs d'onde spécifiques et discrètes, qui peuvent être vues comme des lignes sombres dans un spectre autrement continu.

Parce que les atomes et les molécules produisent leurs propres spectres uniques, ces lois permettent d'identifier les atomes et les molécules trouvés dans l'objet étudié.

Kirchhoff a également effectué un travail important dans le rayonnement thermique et a proposé la loi de Kirchhoff sur le rayonnement thermique en 1859. Cette loi stipule que l'émissivité (capacité d'émettre de l'énergie sous forme de rayonnement) et l'absorbance (capacité d'absorber le rayonnement) d'un objet ou d'une surface sont égales à tout longueur d'onde et température, si l'objet ou la surface est à l'équilibre thermique statique.

Tout en étudiant le rayonnement thermique, Kirchhoff a également inventé le terme «corps noir» pour décrire un objet hypothétique qui absorbait toute la lumière entrante et émettait ainsi toute cette lumière lorsqu'elle était maintenue à une température constante pour établir un équilibre thermique. En 1900, le physicien Max Planck émettrait l'hypothèse que ces corps noirs absorbaient et émettaient de l'énergie dans certaines valeurs appelées «quanta». Cette découverte servirait de point de départ pour la mécanique quantique..

Carrière académique

En 1847, Kirchhoff est diplômé de l'Université de Königsberg et est devenu professeur non rémunéré à l'Université de Berlin en Allemagne en 1848. En 1850, il est devenu professeur agrégé à l'Université de Breslau et en 1854 professeur de physique à l'Université de Heidelberg. À Breslau, Kirchhoff a rencontré le chimiste allemand Robert Bunsen, qui a donné son nom au brûleur Bunsen, et c'est Bunsen qui s'est arrangé pour que Kirchhoff vienne à l'Université de Heidelberg.

Dans les années 1860, Kirchhoff et Bunsen ont montré que chaque élément pouvait être identifié avec un motif spectral unique, établissant que la spectroscopie pouvait être utilisée pour analyser expérimentalement les éléments. La paire découvrirait les éléments césium et rubidium tout en étudiant les éléments au soleil en utilisant la spectroscopie.

En plus de son travail en spectroscopie, Kirchhoff étudierait également le rayonnement du corps noir, inventant le terme en 1862. Son travail est considéré comme fondamental pour le développement de la mécanique quantique. En 1875, Kirchhoff devient la chaire de physique mathématique de Berlin. Il a pris sa retraite plus tard en 1886.

Vie plus tard et héritage

Kirchhoff est décédé le 17 octobre 1887 à Berlin, en Allemagne, à l'âge de 63 ans. On se souvient de ses contributions au domaine de la physique ainsi que de sa carrière d'enseignant influent. Les lois de Kirchhoff sur les circuits électriques sont désormais enseignées dans le cadre de cours d'introduction à l'électromagnétisme.

Sources

• Hockey, Thomas A., rédacteur. L'Encyclopédie biographique des astronomes. Springer, 2014.
• Inan, Aziz S. «Sur quoi Gustav Robert Kirchhoff a-t-il trébuché il y a 150 ans?» Actes du Symposium international 2010 de l'IEEE sur les circuits et les systèmes, pp. 73-76.
• «Kirchhoff's Laws». Cornell University, http://astrosun2.astro.cornell.edu/academics/courses/astro201/kirchhoff.htm.
• Kurrer, Karl-Eugen. L'histoire de la théorie des structures: de l'analyse de l'arc à la mécanique computationnelle. Ernst & Sohn, 2008.
• "Gustav Robert Kirchhoff." Expressions moléculaires: la science, l'optique et vous, 2015, https://micro.magnet.fsu.edu/optics/timeline/people/kirchhoff.html.
• O'Connor, J. J., et Robertson, E. F. «Gustav Robert Kirchhoff». Université de St. Andrews, Écosse, 2002.
• Palma, Christopher. "Lois de Kirchoff et spectroscopie." Université d'État de Pennsylvanie, https://www.e-education.psu.edu/astro801/content/l3_p6.html.