De wet van Kirchhoff

De wet van Kirchhoff is een regel die is ontdekt door beroemde Duitse( Pruisische) wetenschappers.

Ontdekkingen van Gustav Kirchhoff

Vaker impliceren de wetten van Kirchhoff regelmatigheden geformuleerd voor gesloten circuits en knooppunten van elektrische circuits. In de Russisch-talige literatuur noemen ze ze liever regels. Voer twee. De eerste werkt met stromingen, de tweede met spanningen. Het systeem van vergelijkingen samengesteld met behulp van formules maakt het mogelijk netwerkparameters te vinden die voldoen aan de vereisten voor de toepasbaarheid van de berekeningsgegevens. De regels werden geformuleerd in 1845, dit is niet de enige ontdekking van Kirchhoff.

In de thermodynamica is een ander principe bekend. Hij zegt dat de verhouding van het lichaamsemissiviteit en absorptie constant is voor alle materialen, ongeacht hun aard, en wordt bepaald door twee externe parameters:

1. -golffrequentie.
2. omgevingstemperatuur.

Nauw gerelateerd aan de vorige ontdekking is een feit uit het leven van een grote wetenschapper. In de 17e eeuw begon spectroscopie te ontwikkelen, Kirchhoff liet zijn eigen sporen achter in de wetenschap en ontdekte drie wetten:

• Het spectrum van straling van een vast lichaam is continu. Kirchhoff introduceerde het concept van een absoluut zwart lichaam, dat nu de sleutel is geworden voor de studie van kwesties van energieoverdracht over een afstand.
• Verdund gas stoot uit in geselecteerde golven van het spectrum, met lengten die afhangen van de toestand van quantumovergangen van elektronen van een stof. Lasers werken op deze basis.
• Een hete vaste stof omgeven door een gekoeld gas heeft een continu emissiespectrum minus individuele frequenties die worden geabsorbeerd door de omhullende wolk. De golflengten zijn afhankelijk van de quantumovergangen van de stof die rond het object zweeft.

De wetenschapper ging naar de thermochemie en toonde aan dat het thermische effect van de reactie afhangt van de verandering in de warmtecapaciteit van het systeem( voor en na het proces).Het postulaat is gerangschikt onder de belangrijkste in de sectie van de wetenschap. In de hydrodynamica van de Kirchhoff-vergelijking beschrijf ik de beweging van een vast lichaam in een ideale vloeistof.

Kirghoffs wetten voor elektrische circuits

1. De eerste wet van Kirghoff stelt dat de algebraïsche som van de stromen op het knooppunt van het circuit nul is. Uitgaande stromen worden genomen in berekeningen met een negatief teken, inkomende - met een positieve. Hoewel de Russisch-talige literatuur zegt dat het tegenovergestelde toelaatbaar is. De essentie is ongewijzigd.
2. De tweede wet van Kirghoff is geformuleerd voor gesloten circuits. Beweert dat de som van de spanningsdalingen tijdens een retour gelijk is aan alle EMV's die op het pad worden aangetroffen. Bovendien moeten de contouren van elke ketting in een enkele richting worden omzeild: met de klok mee of tegen de klok in.

De eerste vergelijking behoeft geen toelichting. Soms is het moeilijk om te begrijpen in welke richting de stroom loopt, met een negatief of positief teken dat u in de formule wilt vervangen. Het wordt aanbevolen om te onthouden: het aantal vergelijkingen is één minder dan knooppunten. Als er twijfels zijn over het punt, is het toegestaan ​​om het van overweging te uitsluiten. In andere situaties wordt het teken van het potentiële verschil aan de uiteinden van het probleemgebied geanalyseerd. Hiervoor worden de krachtbronnen die hier werken toegevoegd of afgetrokken( in de natuurkunde zijn er batterijen).

Volgens algemeen aanvaarde normen wordt een langere lijn in de grafische aanduiding van een batterij als een positieve pool beschouwd. De stroom vloeit van hieruit volgens de regels die in de natuurkunde zijn aangenomen, hoewel in de praktijk alles precies andersom gebeurt - de beweging wordt gevormd door negatief geladen elektronen. Als de EMF op de site in verschillende richtingen werkt, worden ze afgetrokken en wordt de richting van de stroom het grootst.

Betreffende de tweede wet wordt het teken van de invoer in de spanningsvalformule op een gespecificeerd gebied bepaald door de richting van de stroomstroming. EMF worden genomen met het tegenovergestelde teken, of staan ​​aan de andere kant van gelijkheid. Zoals hierboven vermeld, moeten de cellen in één richting worden gelopen. Wees niet beschaamd dat in de formules over de spanning en stroom een ​​punt is. Dit is het teken van een complex getal.

Let op - gezien een vereenvoudigde registratie van de tweede wet. Hier worden alle EMV's genomen met het omgekeerde van het teken dat daadwerkelijk in de figuur aanwezig is. Er is een andere vorm van opnemen, waarbij de spanningsval door het gelijkteken van de EMF wordt gescheiden. Dan hoeven de tekens niet te veranderen. De laatste vorm van opname wordt gegeven in de natuurkunde van de school en wordt getoond in de afbeelding net onder de algemene.

Kirchhoffs wet voor thermodynamica

Kirchhoff toonde aan dat de verhouding van de emissiecoëfficiënt en de absorptiecapaciteit van een vast lichaam niet afhankelijk is van de stof, maar wordt beschouwd als een functie van frequentie en temperatuur tijdens thermodynamisch evenwicht. Bijzonder interessante abstractie in dit opzicht was een absoluut zwart lichaam. Dit is een object dat straling absorbeert die erop invalt. Voor hem is de formule weergegeven in de figuur vereenvoudigd. De emissiviteit van een absoluut zwart lichaam beschrijft de functie van de formule voor andere lichamen. Deze hypostasis heeft een maximum bepaald door de wet van verplaatsing van wijn en amplitude, bepaald door de eerste wijnwet( een speciaal geval is de formule van Planck).

De verhouding van de emissie en absorptiecapaciteit van elk lichaam wordt bepaald door de formules voor alle temperaturen en frequenties. Met behulp van een spectrometer is het mogelijk om de uitgezonden golven in te schatten. Hiermee kunt u theoretisch de absorptiecapaciteit van elk object voorspellen. In de praktijk leiden dergelijke studies tot het creëren van objecten zoals het onzichtbare vlak, dat nauwelijks zichtbaar is voor locators.

Uit de wet van energiebesparing volgt dat totale straling gelijk is aan absorptie in thermodynamisch evenwicht. Dit betekent dat hun verhouding door het hele spectrum gelijk is aan één. Voordat de wet van Kirchhoff werd erkend, is al vastgesteld dat hoe beter het lichaam energie absorbeert, hoe meer het straalt. Merk op dat de spectrale absorptie- en emissiedichtheden een andere vorm hebben. Dit is het geweldige inzicht van Kirchhoff. De interactie wordt bepaald door de wijnwet en in de grafiek ziet het eruit als een berg met de bovenkant naar links ten opzichte van het midden van de figuur.

Hiermee kunt u begrijpen waar het stralingsmaximum is( aan de kruin).In alle delen van de grafiek, waar de lijn onder één is, absorbeert het lichaam hoofdzakelijk energie. Vanwege de wetten is het mogelijk om de temperatuur van de sterren te voorspellen, bijvoorbeeld op kleur, en elke smid weet dat het detail in de oven de conditie alleen heeft bereikt door de karakteristieke tint van de gloed. Dit zijn praktische uitingen van de wetten van Wijn en Kirchhoff.

De tweede interessante waarneming is de temperatuur. Uit de grafieken van de dichtheid van de straling is te zien hoe hoger de indicator, hoe actiever de straling. In het bijzonder absorberen de sterren geen energie met een kleine uitzondering, maar zenden ze voornamelijk uit. In koude planeten heerst het tegenovergestelde proces. Het lichaam straalt als de temperatuur boven de omgeving ligt. In andere situaties heeft energieabsorptie de overhand.

Kirchhoffs werk op het gebied van spectroscopie

Kirchhoff en Bunsen bestudeerden actief de emissiespectra van chemische elementen met behulp van de Fraunhofer-uitvinding. Met behulp van een prisma of een diffractierooster werd het licht ontleed in spectrale componenten en wetenschappers observeerden het effect. Dus stel de individuele frequenties van een aantal elementen van het periodiek systeem in. Deze wetenschappers legden de basis voor spectroscopie. In 1860 werden studies van acht elementen en hun unieke spectra gepubliceerd, onder andere:

• strontium;
• Lithium;
• kalium;
• Calcium;
• barium;
• natrium.

Kirchhoff en Bunsen hebben aangetoond dat het mogelijk is chemische stoffen te analyseren met behulp van spectroscopie en elementen ontdekten die voorheen onbekend waren in de wetenschap( cesium - in het oude Rome "blauw" in het spectrum van luminescentie en rubidium - in het oude Rome "donkerrood").We hebben een verband vastgesteld tussen de emissie- en absorptiespectra, gebaseerd op de kenmerken van het zonlicht die geselecteerde eigenschappen van ons lichaam toonden( de aanwezigheid van ijzer, kalium, calcium, magnesium, nikkel, chroom en natrium in de atmosfeer van een ster, de afwezigheid van lithium).Experimenten moesten worden uitgevoerd in de periode van nabijheid van de zon tot het zenit: toen de ster naar de horizon afliep, nam het uiteindelijke effect van de bijdrage van de atmosfeer van de aarde toe. Als resultaat van het werk, werd de wet Kirchhoff voor thermodynamica geboren.

Met behulp van apparaten die het spectrum ontbinden in componenten, hebben wetenschappers een aantal andere hierboven genoemde wetten ontdekt. De wetenschapper gebruikte de Bunsenbrander( Bunsen), injecteerde natriumchloride of lithiumchloride in de vlam. Als een resultaat werd een discreet spectrum waargenomen met behulp van een diffractierooster, en er werd vastgesteld dat de absorptie optreedt bij de vorige frequenties. De conclusies van Kirchhoff:

1. Een verwarmd, gasvormig lichaam gevormd in een brandervlam straalt een discreet emissiespectrum uit.
2. Er is vastgesteld dat er geen natriumelementfrequenties zijn in zonnestraling. De wetenschapper vouwde het licht van de dag met de vlam van de bunsenbrander, het defect is gladgestreken. De straling van natrium in het laboratorium vulde het spectrum van de zon aan.
3. Als later een spirit burner werd genomen voor het experiment, werden de donkere strepen zwarter. De conclusie was dat bij een relatief lage temperatuur van het gasvormige lichaam in de brandervlam, het begint te absorberen. Dus is vastgesteld dat natrium kouder is ten opzichte van de kern van de zonnesfeer.

De wetenschapper beschouwde gas als de beste brander voor de experimenten. Omdat de helderheid van de vlam laag is en niet interfereert met het opnemen van het spectrum van een gasvormig lichaam. Zouten voor de experimenten werden zo schoon mogelijk gemaakt, herhaalde precipitatie werd uitgevoerd. Een zwarte doos werd gebruikt voor observatie, twee telescopen werden onder een scherpe hoek in de wanden van de inrichting geplaatst:

• zag de zwart geworden achterwand door de eerste waarnemer;
• door het tweede licht geconcentreerd op de geselecteerde site.

Een roterend prisma hielp om het gewenste segment van het spectrum tegenover de ogen van de waarnemer te fixeren. Het is duidelijk dat deze methode alleen geschikt is voor zichtbare straling en geen invloed heeft op het infrarood- en ultravioletbereik.

Ander werk

Kirchhoff besteedde veel tijd aan verschillende takken van de wetenschap. Ik vond bijvoorbeeld een fout bij het instellen van randvoorwaarden voor het oplossen van differentiaalvergelijkingen voor membraanschudelingen die Sophie Germain in 1811 aan het publiek presenteerde. U hoeft niet te denken dat de uitdrukking Kirchhoffs wet strikt beperkt is door twee regels, en dat één direct leidt tot de eerder geformuleerde wet van Ohm.

De wetenschapper wordt gepresenteerd voor de titel van corresponderend lid van de Academie van Wetenschappen van Berlijn bij de afdeling Wiskunde, correspondent van de St. Petersburg Academy of Sciences. Als aanvragers in het eerste geval vooral op het geschenk wezen bij het oplossen van de problemen van de mechanica, merkten onze landgenoten( Lenz en Jacobi) veel op over de verdiensten van Kirchhoff bij spectrale analyse.

De wetenschapper leerde, bezat een fenomenale herinnering, uit het hoofd lange lezingen zonder afwijkingen van de formele tekst. Het gevoel van scrupuleusheid hielp perfect bij het verzamelen van materialen en alleen een gebrek aan technische uitrusting verhinderde waarschijnlijk om nieuwe ontdekkingen te doen. De wetenschapper merkte bijvoorbeeld op dat een van de lijnen van het calciumspectrum samenvalt met ijzer, maar niet in staat was om betrouwbaar te zeggen of het schijnbaar toeval was. Nu is bekend dat de golflengten met 5-6 angstrom verschillen, maar toen bleek het onmogelijk om met absolute zekerheid te zeggen.