Gustav Kirchhoff

Gustav Robert Kirchhoff.
Zdroj: commons.wikimedia.org. Public domain.

Kirchhoffovy zákony

Poslední z jmenovaných zadal studentu Kirchhoffovi seminární práci zaměřenou na zkoumání rozložení proudové hustoty v kruhovém kotouči, jestliže přívod a odvod proudu jsou umístěny na jeho obvodu. Kirchhoff pomocí Wheatstonova můstku experimentálně ověřil vyšetřovaný průběh ekvipotenciál. V dodatku své seminární práce odvodil podmínku rovnováhy mostu a právě k tomu účelu formuloval vztahy, které byly vlastně důsledkem nepříliš starého Ohmova zákona.

V roce 1847 seminární práci doplnil objevem zákonů pro elektrický obvod, které dodnes nesou jeho jméno. Doplněná seminární práce se stala základem doktorské disertace, proto také už ve 24 letech habilitoval a začal působit na univerzitě v Breslau jako mimořádný profesor.

Zde se poprvé setkal s Robertem Bunsenem. Ten pak zařídil jeho další působení v Heidelbergu, kde od roku 1854 působil jako profesor teoretické fyziky. Od roku 1875 vedl Kirchhoff katedru matematické fyziky v Berlíně, kde pracoval po boku Hermanna Helmholtze.

Objev spektroskopie

Kirchhoff se mnohem víc zabýval optikou a teorií záření. K práci v optice ho motivoval Fraunhoferův objev spektrálních čar. Fraunhofer nastoupil roku 1814 do optického podniku a objevil při rozkladu slunečního světla hranolem řadu nepravidelně uspořádaných čar. Aniž to tušil, odstartoval tak rozvoj spektroskopie.

Kirchhoffa zaujala silná žlutá čára, která při jemnějším pohledu ukazovala dvě velmi blízké tmavé čáry. A co bylo ještě podivnější – stejnou dvojčáru na stejném místě spektra dával i sklářský kahan, čáry však nebyly tak tmavé, ale žluté. V té době Kirchhoff a Bunsen celý pokus poněkud obměnili a dokázali, že čára je barevná nebo tmavá podle toho, jestli světlo prochází nebo neprochází dalším světelným prostředím.

Spektroskop Roberta Kirchhoffa.
Zdroj: commons.wikimedia.org. Autor: Poul la Cour & Jacob Appel (Historisk Fisik bind I). Public domain.

Sluneční paprsky nechali procházet plamenem kahanu, do něhož vpravili kuchyňskou sůl, o které se vědělo, že barví plamen žlutě. Samotný hořák produkoval žlutou dvojčáru. Při pozorování spektra slunečního světla procházejícího plamenem očekávali, že žluté čáry plamene překryjí tmavé čáry ve slunečním spektru. Nestalo se tak, naopak dublet byl ještě tmavší. Když použili světlo umělé (se spojitým spektrem) a nechali je procházet plamenem hořáku, opět se tmavý dublet objevil.

Na konci roku 1859 předložil Kirchhoff berlínské Akademii věd následující závěr: Každá látka pohlcuje světlo těch vlnových délek, jež sama vyzařuje. Tímto způsobem objevil ve slunečním spektru sodík, vodík, vápník, chrom a železo. Spoleně s Bunsenem objevili dva nové prvky – cesium (1860) a rubidium (1861).

Kirchhoff (vlevo) a Bunsen.
Zdroj: commons.wikimedia.org. Public domain.

Záření černého tělesa

Asi z roku 1859 pochází Kirchhoffův objev rovnováhy mezi pohlceným a vysílaným záření u absolutně černého tělesa. Kirchhoff zjistil, že intenzita vyzařování je určena jen teplotou tělesa. Na tuto myšlenku navázal Wilhelm Wien.  Objevil zákon, který byl ale experimentálně ověřený jen pro vysoké teploty a malé vlnové délky. Tuto nepřesnost doplnil John Strutt, lord Rayleigh svým zákonem, který zase neplatil pro vysoké teploty a malé vlnové délky. Tuto rozpolcenost sjednotil roku 1905 Max Planck objevem obecného zákona záření absolutně černého tělesa.

Kirchhoff je autorem řady knih, z nichž většina byla vydána až posmrtně: Vorlesung über matematische Physik: Mechanik (Přednášky o matematické fyzice: mechanika, 1876), Matematische Optik, Elektrizität und Magnetismus (obě 1891), Emision und Absorbtion (obě 1891) a mnoho dalších. Za své vědecké dílo byl Gustav Robert Kirchhoff zvolen za řádného člena berlínské Akademie věd a byl rovněž členem korespondentem Akademie věd v Petrohradě. Poslední roky ho trápila zraněná noha, která vznikla po pádu ze schodiště.

Použité zdroje

[1] JÁCHIM, F. Robert Gustav Kirchhoff. Matematika Fyzika Informatika: časopis pro výuku na základních a středních školách, duben 2004, roč. 13, č. 8, s. 507–509. ISSN 1210–1761.

[2] LENARD, P. Velcí přírodozpytci. Přeložil F. X. Lánský. 2. české vydání. Praha: Vydavatelstvo Družstevní práce, 1943.

[3] TESAŘÍK, B. 150 let Kirchhoffových zákonů. Matematika Fyzika Informatika: časopis pro výuku na základních a středních školách, 1996/1997, roč. 6, s. 345–346. ISSN 1210–1761.

[4] Encyklopedická edice, listy, fyzici. ISBN 80–860–44–05–X.