Gustav Kirchhoff: biografia, leis, contribuições, obras - Ciência - 2023

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Gustav Kirchhoff (1824-1887) foi um físico alemão nascido em março de 1824 na então Prússia Oriental. Durante sua carreira científica, ele fez contribuições importantes em áreas como eletricidade, espectroscopia ou medição de radiação de corpos negros.

Desde muito jovem, Kirchhoff foi incentivado por sua família a se dedicar ao ensino universitário. Como no ensino médio apresentava boas condições para a matemática, decidiu optar por essa disciplina, embora no ramo físico-matemático. Em Königberg, onde estudou, teve contato com importantes cientistas que influenciaram sua pesquisa.

Sem ainda ter concluído os estudos universitários, Kirchhoff apresentou alguns dos seus primeiros trabalhos. Entre os mais proeminentes estão os dois conjuntos de leis que levam seu nome. Um é dedicado à radiação térmica, embora o mais importante sejam as leis relacionadas à engenharia elétrica.

Kirchhoff passou a maior parte de sua carreira na Universidade de Heidelberg, apesar de receber ofertas de outros centros mais conceituados. Só na velhice e com um estado de saúde bastante precário mudou-se para Berlim. Apesar disso, ele permaneceu ativo até o momento de sua morte, em outubro de 1887.

Biografia

Gustav Robert Kirchhoff nasceu em Königberg (então capital da Prússia Oriental) em 12 de outubro de 1824. Naquela época, a cidade era conhecida por sua atividade intelectual, a ponto de receber o apelido de "Cidade da Razão Pura".

Sua família pertencia à elite local, pois seu pai era um advogado conhecido por sua devoção ao Estado prussiano.

As altas habilidades intelectuais de Gustav começaram a se manifestar desde muito jovem. Além disso, sua educação foi dirigida por seu pai, que assumiu a obrigação de servir à Prússia.

Ambos os fatores fizeram com que sua trajetória profissional se concentrasse em se tornar um professor universitário, já que na época se tratava de funcionários públicos, o que coincidiu com o desejo de seu pai de que colocasse suas habilidades a serviço de seu país.

Educação

O Instituto Kneiphof foi o local escolhido por sua família para o jovem Gustav cursar o ensino médio. Nesse centro começou a mostrar as suas boas condições para a matemática, o que o levou a orientar os seus estudos universitários para essa disciplina.

Kirchhoff ingressou no centro universitário de sua cidade natal, a Universidade Albertus. A instituição ficou conhecida pelo seminário de física matemática instituído por Franz Neumann (considerado o pai da física teórica no país) e por Carl Gustav Jakob Jacobi (um dos mais eminentes matemáticos da época).

O futuro cientista participou deste seminário entre 1843 e 1846. Porém, não pôde aproveitar os ensinamentos de Jacobi, que estava doente, e por isso foi Neumman quem mais influenciou sua formação.

Neumann começou a se interessar pela indução elétrica naquela data e publicou seus dois primeiros trabalhos sobre indução em 1845. Isso fez com que Kirchhoff, como um discípulo seu, começasse a prestar atenção também a esse assunto. Além disso, ele também estudou matemática com Friedrich Jules Richelot.

Primeiras publicações

Já em 1845, quando ainda estudava, Kirchhoff apresentou um trabalho sobre o fluxo de eletricidade em uma placa circular. Esse estudo mais tarde seria a base de sua tese de doutorado.

Nesse mesmo ano tomou como referência uma teoria apresentada por outro físico, Georg Simon Ohm, para formular o que viria a ser conhecido como Leis da Engenharia Elétrica de Kirchhoff.

Transferência para Berlim

A primeira consequência da publicação das Leis de Kirchhoff foi que o autor recebeu uma bolsa para continuar sua formação em Paris. No entanto, a situação na Europa da época era muito tensa, principalmente entre a Prússia e a França, que acabaria entrando em guerra em 1870.

Por isso, Kirchhoff rejeitou a opção de se mudar para a capital francesa. Em vez disso, ele se estabeleceu em Berlim, onde começou a trabalhar como Privatdozent (um professor que não recebia nenhum salário) na Universidade daquela cidade.

Durante o tempo em que desenvolveu essa atividade, o cientista não parava de publicar os resultados de suas pesquisas. Entre eles, ele destacou sua contribuição para a teoria das correntes elétricas e eletrostáticas.

Seu próximo destino foi Breslau (hoje chamado de Wroclaw), onde foi nomeado Professor Extraordinário.

Universidade de Heidelberg

A estada de Kirchhoff em Breslau durou um ano, de 1851 a 1852. Durante esse tempo, o físico fez amizade com Robert Bunsen, um conhecido químico.

Foi Bunsen quem convenceu Kirchhoff a deixar a cidade para começar a trabalhar como professor de física em Heidelberg. A colaboração entre os dois amigos foi muito frutífera e ambos tornaram-se frequentadores assíduos dos encontros realizados por um grupo de cientistas organizado por Hermann von Helmholtz.

Gustav Kirchhoff casou-se em 1857 com a filha de seu ex-professor de matemática em Königsberg. No entanto, sua esposa, Clara Richelot, faleceu em 1869, deixando o cientista sozinho aos cuidados dos cinco filhos que eles tinham em comum. Em 1872, o cientista se casou novamente, desta vez com Luise Brömmel.

Naquela época, a saúde de Kirchhoff, que sempre foi precária, piorou e ele foi forçado a usar cadeira de rodas ou, na falta dela, muletas.

A fama do cientista foi aumentando e inúmeras universidades enviaram-lhe ofertas para se juntar a sua equipe. Kirchhoff, no entanto, preferiu permanecer em Heidelberg.

De volta a berlin

O estado de saúde de Kirchhoff piorava cada vez mais. Logo ele começou a ter dificuldade em conduzir os experimentos necessários para confirmar suas investigações. Apesar de seu desejo de não deixar Heidelberg, no final ele decidiu aceitar uma oferta da Universidade de Berlim para ocupar a cadeira de física-matemática.

Kirchhoff assumiu seu novo cargo em 1875 e, além das funções de professor, continuou a realizar pesquisas teóricas. O resultado foi um de seus tratados mais conhecidos: Vorlesungen über mathematischen Physik, publicado em quatro volumes quando já havia deixado a cátedra de Berlim.

Aos 63 anos, Gustav Kirchhoff morreu em Berlim em 17 de outubro de 1887.

Leis de Kirchhoff

As Leis de Kirchhoff são dois grupos de leis sobre circuitos elétricos e emissão térmica.

Ambos os conjuntos de leis têm o nome de seu autor, embora os mais conhecidos sejam aqueles relacionados à engenharia elétrica.

As três leis da espectroscopia de Kirchhoff

O cientista desenvolveu um conjunto de leis para descrever como se comporta a emissão de luz por objetos incandescentes:

1- Um objeto sólido quente produz luz em um espectro contínuo.

2- Um gás tênue produz luz com linhas espectrais em comprimentos de onda discretos que dependem da composição química do gás.

3- Um objeto sólido em alta temperatura rodeado por um gás tênue em temperaturas mais baixas produz luz em um espectro contínuo com lacunas em comprimentos de onda discretos cujas posições dependem da composição química do gás.

As três leis da espectrografia de Kirchhoff foram, mais tarde, a base do surgimento da mecânica quântica.

Leis de engenharia elétrica de Kirchhoff

Conforme observado, o conjunto de leis sobre eletricidade formulado por Kirchhoff foi sua contribuição mais relevante para a ciência. Para fazer isso, ele se baseou em trabalhos anteriores de Georg Simon Ohm.

Essas leis logo se tornaram ferramentas fundamentais para a análise de circuitos. De forma muito resumida, sua extensão permite medir a intensidade da corrente, bem como a diferença de potencial em um determinado ponto de um circuito elétrico.

- Primeira Lei de Kirchhoff ou Lei correspondente aos nós: “Em qualquer nó, a soma algébrica das correntes elétricas que entram é igual à soma das correntes que saem. Como equivalente, a soma algébrica de todas as correntes que passam pelo nó é igual a zero "

- Segunda Lei de Kirchhoff ou Lei correspondente às malhas: “em um circuito fechado de uma rede, a soma do conjunto de quedas de tensão em seus componentes é igual à soma das tensões fornecidas e, portanto, a soma algébrica de as diferenças de potencial em uma malha são zero. "

Contribuições

Além das leis que levam seu nome, Kirchhoff fez muitas outras contribuições para a ciência, tanto práticas quanto teóricas. Assim, dedicou seus esforços ao aprimoramento dos conhecimentos sobre eletricidade, teoria das placas, óptica e espectroscopia, entre outras áreas de estudo.

Da mesma forma, ele realizou várias investigações sobre como ocorre a condução de calor e tentou medir o espectro de corpos celestes, incluindo o sol e as nebulosas. Este último o ajudou a criar um atlas espacial e demonstrar a relação entre a absorção da luz e sua emissão.

Fórmula de difração de Kirchhoff

Kirchhof usou a teoria de difração apresentada por Fresnel em 1818 para desenvolver uma fórmula que descreve como as ondas de luz se comportam quando passam por uma pequena abertura.

O espectrógrafo e as novas técnicas de análise espectrográfica

Conforme observado, a colaboração entre Gustav Kirchhoff e Robert Bunsen durante sua estada na Universidade de Heidelberg foi muito frutífera. Ambos os cientistas experimentaram técnicas pioneiras de análise espectrográfica. Na prática, isso permitiu que descobrissem dois novos elementos químicos: rubídio e césio.

Para fazer essas descobertas, os dois pesquisadores tiveram que fazer um novo instrumento: o espectrógrafo moderno. Ele projeta uma chama na parte inferior de uma escala de diferentes comprimentos de onda. Assim, eles foram capazes de localizar as linhas espectrais, que aparecem quando a luz se quebra em seu espectro.

Composição espectral do Sol

Outra pesquisa de Kirchhoff estava tentando medir a composição espectral de nossa estrela, o Sol.

Essa pesquisa permitiu que ele descobrisse que, quando a luz passa por qualquer tipo de gás, ela absorve seus comprimentos de onda, da mesma forma que faria se fosse previamente aquecida. Esta propriedade foi batizada de Linhas Fraunhofer.

Kirchhoff utilizou o conhecimento adquirido como explicação para as linhas escuras presentes no espectro solar e que se intensificam quando a luz do sol passa por uma chama. O resultado dessa pesquisa foi a promulgação da Lei de Emissões de Kirchhoff-Clausius e foi o início de uma nova etapa no campo da astronomia.

O cientista usou os resultados obtidos para determinar, em 1861, a presença no Sol de elementos como magnésio, zinco, sódio ou cobre, como ocorre na crosta terrestre.

Em última análise, esses estudos o ajudaram a criar um mapa do espectro solar. O mapa, impresso em quatro cores, foi encomendado pela Academia de Ciências de Berlim.

Deformação de placa elástica

O cientista também dedicou parte de seu tempo à solução de alguns problemas relacionados às placas elásticas e sua deformação.

A primeira teoria sobre o assunto foi publicada por Sophie Germain e Siméon Denis Poisson e, posteriormente, aperfeiçoada por Claude-Louis Navier. O trabalho de Kirchhoff, usando o cálculo diferencial, era responder às questões que ainda permaneciam sem solução.

Obras e publicações

Gustav Kirchhoff foi o autor, sozinho ou em colaboração com outros colegas, de vários trabalhos científicos.

Entre os mais importantes estão aquele dedicado aos elementos químicos e seus espectros, Untersuchungen über das Sonnenspektrum und die Spektren chemischer Elementen (1861-1863); seus quatro volumes sobre física matemática, Vorlesungen über mathematischen Physik (1876-1894), e o Gesammelte Abhandlungen.

Prêmios e reconhecimentos

As contribuições de Gustav Kirchhoff à ciência foram reconhecidas por um grande número de instituições de seu tempo.Entre aqueles que o tornaram membro estavam a Royal Society, a American Academy of Arts and Sciences, a Russian Academy of Sciences e a Prussian Academy of Sciences.

Além disso, o cientista também recebeu os seguintes prêmios e prêmios em reconhecimento ao seu trabalho.

- Ordem do Mérito das Ciências e Artes.

- Medalha Rumford.

- Ordem de Maximiliano da Baviera para a Ciência e as Artes.

- Medalha Matteucci.

- Medalha Davy.

Após sua morte, ele também recebeu a medalha Jansen e uma cratera lunar e um asteróide foram batizados com seu sobrenome.

Referências

Biografias e vidas. Gustav Kirchhoff. Obtido em biografiasyvidas.com
McAllister, Willy. Leis de Kirchhoff. Recuperado de es.khanacademy.org
EcuRed. Gustav Kirchhoff. Obtido em ecured.cu
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Enciclopédia do Novo Mundo. Gustav Kirchhoff. Obtido em newworldencyclopedia.org
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Robertson, E. F.; O'Connor, J. J. Gustav Robert Kirchhoff. Obtido em groups.dcs.st-and.ac.uk