Gustavo Kirchhoff

Gustav Robert Kirchhoff (alemán: [ˈkɪʁçhɔf]; 12 de marzo de 1824 - 17 de octubre de 1887) fue un físico alemán que contribuyó a la comprensión fundamental de los circuitos eléctricos, la espectroscopia y la emisión de radiación de cuerpo negro por objetos calientes.

Él acuñó el término radiación de cuerpo negro en 1862. Varios conjuntos diferentes de conceptos se denominan "leyes de Kirchhoff" después de él, sobre temas tan diversos como la radiación de cuerpo negro y la espectroscopia, los circuitos eléctricos y la termoquímica. El premio Bunsen-Kirchhoff de espectroscopia lleva su nombre y el de su colega, Robert Bunsen.

Vida y obra

Gustav Kirchhoff nació el 12 de marzo de 1824 en Königsberg, Prusia, hijo de Friedrich Kirchhoff, abogado, y Johanna Henriette Wittke. Su familia eran luteranos en la Iglesia Evangélica de Prusia. Se graduó de la Universidad Albertus de Königsberg en 1847 donde asistió al seminario matemático-físico dirigido por Carl Gustav Jacob Jacobi, Franz Ernst Neumann y Friedrich Julius Richelot. En el mismo año, se mudó a Berlín, donde permaneció hasta que recibió una cátedra en Breslau. Más tarde, en 1857, se casó con Clara Richelot, la hija de su profesor de matemáticas Richelot. La pareja tuvo cinco hijos. Clara murió en 1869. Se casó con Luise Brömmel en 1872.

Kirchhoff (izquierda) y Robert Bunsen, c.1850

Kirchhoff formuló sus leyes de circuito, que ahora son omnipresentes en la ingeniería eléctrica, en 1845, cuando aún era estudiante. Completó este estudio como un ejercicio de seminario; más tarde se convirtió en su tesis doctoral. Fue llamado a la Universidad de Heidelberg en 1854, donde colaboró en trabajos espectroscópicos con Robert Bunsen. En 1857 calculó que una señal eléctrica en un cable sin resistencia viaja a lo largo del cable a la velocidad de la luz. Propuso su ley de radiación térmica en 1859 y dio una prueba en 1861. Juntos, Kirchhoff y Bunsen inventaron el espectroscopio, que Kirchhoff usó para ser pionero en la identificación de los elementos del Sol, demostrando en 1859 que el Sol contiene sodio. Él y Bunsen descubrieron el cesio y el rubidio en 1861. En Heidelberg dirigió un seminario matemático-físico, inspirado en el de Franz Ernst Neumann, con el matemático Leo Koenigsberger. Entre los asistentes a este seminario se encontraban Arthur Schuster y Sofia Kovalevskaya.

Contribuyó en gran medida al campo de la espectroscopia al formalizar tres leyes que describen la composición espectral de la luz emitida por objetos incandescentes, basándose sustancialmente en los descubrimientos de David Alter y Anders Jonas Ångström. En 1862, recibió la Medalla Rumford por sus investigaciones sobre las líneas fijas del espectro solar y sobre la inversión de las líneas brillantes en los espectros de la luz artificial. En 1875 Kirchhoff aceptó la primera cátedra dedicada específicamente a la física teórica en Berlín.

También contribuyó a la óptica, resolviendo cuidadosamente la ecuación de onda para proporcionar una base sólida para Huygens' principio (y corregirlo en el proceso).

En 1864, fue elegido miembro de la Sociedad Filosófica Estadounidense.

En 1884, se convirtió en miembro extranjero de la Real Academia de Artes y Ciencias de los Países Bajos.

Kirchhoff murió en 1887 y fue enterrado en el cementerio St Matthäus Kirchhof en Schöneberg, Berlín (a pocos metros de las tumbas de los hermanos Grimm). Leopold Kronecker está enterrado en el mismo cementerio.

Leyes del circuito de Kirchhoff

La primera ley de Kirchhoff es que la suma algebraica de corrientes en una red de conductores que se encuentran en un punto (o nodo) es cero. La segunda ley es que en un circuito cerrado, la suma dirigida de los voltajes en el sistema es cero.

Las tres leyes de la espectroscopia de Kirchhoff

Representación visual de las leyes de Kirchhoff de espectroscopia

1. Un gas sólido, líquido o denso excitado para emitir luz irradiará en todas las longitudes de onda y producirá así un espectro continuo.
2. Un gas de baja densidad excitado para emitir luz lo hará en longitudes de onda específicas, y esto produce un espectro de emisiones.
3. Si la luz que compone un espectro continuo pasa a través de un gas fresco y de baja densidad, el resultado será un espectro de absorción.

Kirchhoff desconocía la existencia de niveles de energía en los átomos. La existencia de líneas espectrales discretas se conocía desde que Fraunhofer las descubrió en 1814. Y que las líneas formaban un patrón matemático discreto fue descrito por Johann Balmer en 1885. Joseph Larmor explicó la división de las líneas espectrales en un campo magnético conocido como Efecto Zeeman. por la oscilación de electrones. Pero estas líneas espectrales discretas no se explicaron como transiciones de electrones hasta el modelo del átomo de Bohr en 1913, que ayudó a conducir a la mecánica cuántica.

Ley de radiación térmica de Kirchhoff

Fue la ley de radiación térmica de Kirchhoff en la que propuso una ley universal desconocida para la radiación lo que llevó a Max Planck al descubrimiento del cuanto de acción que condujo a la mecánica cuántica.

Ley de la termoquímica de Kirchhoff

Kirchhoff demostró en 1858 que, en termoquímica, la variación del calor de una reacción química viene dada por la diferencia de capacidad calorífica entre productos y reactivos:

${displaystyle left({frac {partial Delta H}{partial T}right)_{p}= Delta C_{p}$.

La integración de esta ecuación permite la evaluación del calor de reacción a una temperatura a partir de mediciones a otra temperatura.

Obras

• Gesammelte Abhandlungen (en alemán). Leipzig: Johann Ambrosius Barth. 1882.
• Vorlesungen über Electricität und Magnetismus (en alemán). Leipzig: Benedictus Gotthelf Teubner. 1891.
• Vorlesungen über mathematische Physik4 vols., B. G. Teubner, Leipzig 1876-1894.
  • Vol. 1: Mechanik. 1. Auflage, B. G. Teubner, Leipzig 1876 (online).
  • Vol. 2: Mathematische Optik. B. G. Teubner, Leipzig 1891 (Herausgeben von Kurt Hensel, en línea).
  • Vol. 3: Electricität und Magnetismus. B. G. Teubner, Leipzig 1891 (Herausgeben von Max Planck, en línea).
  • Vol. 4: Theorie der Wärme. B. G. Teubner, Leipzig 1894, Herausgegeben von Max Planck