Gustav Kirchhoff (1824-1887) fue un físico alemán nacido en marzo de 1824 en la entonces Prusia oriental. Durante su carrera científica realizó importantes contribuciones en campos como la electricidad, la espectroscopia o la medición de radiaciones de los cuerpos negros.
Desde muy joven, Kirchhoff fue animado por su familia a dedicarse a la enseñanza universitaria. Dado que ya en la secundaria mostró sus buenas condiciones para las matemáticas, decidió decantarse por esa materia, aunque en la rama física-matemática. En Königberg, donde realizó la carrera, entró en contacto con importantes científicos que influyeron en sus investigaciones.
Sin haber terminado aún sus estudios universitarios, Kirchhoff presentó alguno de sus primeros trabajos. Entre los más destacados se encuentran los dos conjuntos de leyes que llevan su nombre. Uno está dedicado a la radiación térmica, aunque el más importante fueron las leyes relacionadas con la ingeniería eléctrica.
Kirchhoff pasó la mayor parte de su carrera en la universidad de Heidelberg, a pesar de recibir ofertas de otros centros de mayor renombre. Tan solo en su vejez y con un estado de salud bastante precario se trasladó a Berlín. A pesar de esto, permaneció en activo hasta el momento de su muerte, en octubre de 1887.
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Biografía
Gustav Robert Kirchhoff nació en Königberg (entonces capital de Prusia oriental) el 12 de octubre de 1824. En esa época, la ciudad era conocida por su actividad intelectual, hasta el punto que recibía el sobrenombre de la “Ciudad de la Razón Pura”.
Su familia pertenecía a la élite de la localidad, ya que su padre era un abogado conocido por su devoción por el Estado prusiano.
Las altas capacidades intelectuales de Gustav comenzaron a mostrarse desde muy niño. Además, su educación estuvo dirigida por su padre hacía la obligación de servir a Prusia.
Ambos factores provocaron que sus pasos profesionales estuvieran enfocados a convertirse en profesor universitario, ya que en la época estos eran funcionarios público, lo que coincidía con el deseo de su padre de que pusiera sus habilidades al servicio de su país.
Educación
El Instituto de Kneiphof fue el lugar elegido por su familia para que el joven Gustav cursara la secundaria. En ese centro empezó a mostrar sus buenas condiciones para las matemáticas, lo que llevó a que orientara sus estudios universitarios hacia esa materia.
Kirchhoff ingresó en centro universitario de su localidad natal, la Universidad Albertus. Esta institución era conocida por el seminario sobre física matemática instaurado por Franz Neumann (considerado el padre de la física teórica en el país) y por Carl Gustav Jakob Jacobi (uno de los más eminentes matemáticos de la época).
El futuro científico acudió a ese seminario entre 1843 y 1846. Sin embargo, no pudo aprovechar las enseñanzas de Jacobi, que se encontraba enfermo, y, por ese motivo, fue Neumman el que ejerció una mayor influencia en su formación.
Neumann había comenzado a interesarse en la inducción eléctrica para esa fecha y había publicado sus dos primeros trabajos sobre la inducción en 1845. Esto provocó que Kirchhoff, como discípulo suyo, también comenzara a prestar atención a esa materia. Aparte, también estudió matemáticas con Friedrich Jules Richelot.
Primeras publicaciones
Ya en 1845, cuando aún estaba estudiando, Kirchhoff presentó un trabajo sobre el flujo de la electricidad en un plato circular. Este estudio sería después la base de su tesis doctoral.
Ese mismo año tomó como referencia una teoría presentada por otro físico, Georg Simon Ohm, para formular las que serían conocidas como Leyes de Kirchhoff de la ingeniería eléctrica.
Traslado a Berlín
La primera consecuencia de la publicación de las Leyes de Kirchhoff fue que el autor recibiera una beca para continuar su formación en París. Sin embargo, la situación en la Europa de la época era muy tensa, especialmente entre Prusia y Francia, que acabarían por entrar en guerra en 1870.
Por ese motivo, Kirchhoff rechazó la opción de trasladarse a la capital francesa. En su lugar, fijó su residencia en Berlín, donde empezó a trabajar como Privatdozent (profesor que no cobraba ningún salario) en la Universidad de esa ciudad.
Durante la época en la que ejerció esa actividad, el científico no cesó de publicar el resultado de sus investigaciones. Entre estas destacó su aportación a la teoría sobre la corrientes eléctricas y electroestáticas.
Su siguiente destino fue Breslau (hoy en día llamada Wroclaw), donde fue nombrado profesor extraordinario.
Universidad de Heidelberg
La estancia en Breslau de Kirchhoff se prolongó un año, desde 1851 a 1852. Durante ese tiempo, el físico trabó amistad con Robert Bunsen, un conocido químico.
Fue Bunsen quien convenció a Kirchhoff de que abandonara la ciudad para comenzar a trabajar como profesor de física en Heidelberg. La colaboración entre ambos amigos fue muy fructífera y ambos se convirtieron en asiduos a los encuentros que llevaban a cabo un grupo de científicos organizados por Hermann von Helmholtz.
Gustav Kirchhoff contrajo matrimonio en 1857 con la hija de su antiguo profesor de matemáticas en Konigsberg. Sin embargo, su esposa, Clara Richelot, falleció en 1869, dejando al científico solo al cuidado de los cinco hijo que tuvieron en común. En 1872, el científico volvió a casarse, esta vez con Luise Brömmel.
En esa época, la salud de Kirchhoff, que siempre había sido precaria, se agravó y se vio obligado a usar una silla de ruedas o, en su defecto, unas muletas.
La fama del científico iba en aumento y numerosas universidades le enviaron ofertas para que se uniera a su personal. Kirchhoff, no obstante, prefirió permanecer en Heidelberg.
Vuelta a Berlín
El estado de la salud de Kirchhoff iba empeorando cada vez más. Pronto empezó a tener dificultades para realizar los experimentos necesarios para confirmar sus investigaciones. A pesar de su deseo de no abandonar Heidelberg, al final decidió aceptar una oferta de la Universidad de Berlín para que ocupara la cátedra de física-matemática.
Kirchhoff se incorporó a su nuevo puesto en 1875 y, además de las labores docentes, continuó realizando investigaciones teóricas. El resultado fue uno de sus tratados más conocidos: Vorlesungen über mathematischen Physik, publicado en cuatro volúmenes cuando ya había abandonado la cátedra de Berlín.
Con 63 años, Gustav Kirchhoff falleció en Berlín el 17 de octubre de 1887.
Leyes de Kirchhoff
Las Leyes de Kirchhoff son dos grupos de leyes sobre los circuitos eléctricos y la emisión térmica.
Ambos conjuntos de leyes reciben el nombre de su autor, aunque las más conocidas son las referidas a la ingeniería eléctrica.
Las tres leyes de la espectroscopia de Kirchhoff
El científico elaboró un conjunto de leyes para describir cómo se comporta la emisión de luz por objetos incandescentes:
1- Un objeto sólido caliente produce luz en un espectro continuo.
2- Un gas tenue produce luz con líneas espectrales en longitudes de onda discretas que dependen de la composición química del gas.
3- Un objeto sólido a alta temperatura rodeado de un gas tenue a temperaturas inferiores produce luz en un espectro continuo con huecos en longitudes de onda discretas cuyas posiciones dependen de la composición química del gas.
Las tres leyes sobre la espectrografía de Kirchhoff fueron, más adelante, la base de la aparición de la mecánica cuántica.
Leyes de Kirchhoff de la ingeniería eléctrica
Como se ha señalado, el conjunto de leyes sobre la electricidad formulado por Kirchhoff fue su aportación más relevante a la ciencia. Para realizar esta labor se basó en unos trabajos anteriores efectuados por Georg Simon Ohm.
Estas leyes se convirtieron pronto en herramientas fundamentales para el análisis de los circuitos. De manera muy resumidas, su ampliación permite medir la intensidad de la corriente, así como la diferencia de potencial en un punto determinado dentro de un circuito de electricidad.
– Primera Ley de Kirchhoff o Ley correspondiente a los nodos: “En cualquier nodo, la suma algebraica de las corrientes eléctricas que entran es igual a la suma de corrientes que salen. Como equivalente, la suma algebraica de todas las corrientes que pasan por el nodo es igual a cero”
– Segunda Ley de Kirchhoff o Ley correspondiente a las mallas: “en un circuito cerrado de una red, la suma del conjunto de las caídas de tensión en sus componentes es igual al sumatorio de las tensiones suministradas y, por tanto, el sumatorio algebraico de las diferencias de potencial en una malla es cero.”
Aportes
Aparte de las leyes que llevan su nombre, Kirchhoff realizó muchas más aportaciones a la ciencia, tanto práctica como teórica. Así, dedicó sus esfuerzos a mejorar los conocimientos sobre la electricidad, la teoría de placas, la óptica y la espectroscopia, entre otros campos de estudio.
Igualmente, efectuó diversas investigaciones sobre cómo se produce la conducción del calor y trató de medir el espectro de los astros celestes, incluidos el sol y las nebulosas. Esto último le sirvió para crear un atlas espacial y demostrar la relación entre la absorción de luz y su emisión.
Fórmula de la difracción de Kirchhoff
Kirchhof utilizó la teoría sobre la difracción presentada por Fresnel en 1818 para desarrollar una fórmula que describe cómo se comportan las ondas de luz cuando atraviesan una abertura de pequeño tamaño.
El espectrógrafo y nuevas técnicas de análisis espectrográfico
Como se ha señalado, la colaboración entre Gustav Kirchhoff y Robert Bunsen durante la estancia de ambos en la Universidad de Heidelberg fue muy fructífera. Ambos científicos ensayaron las técnicas pioneras para el análisis espectrográfico. En la práctica, esto les permitió descubrir dos nuevos elementos químicos: el rubidio y el cesio.
Para poder llevar a cabo esos descubrimientos, los dos investigadores tuvieron que fabricar un nuevo instrumento: el espectrógrafo moderno. Este proyecta una llama sobre el fondo de una escala de distintas longitudes de onda. Así, pudieron localizar las rayas espectrales, que aparecen cuando la luz se descomponía en su espectro.
Composición espectral del Sol
Otra de las investigaciones de Kirchhoff fue intentar medir la composición espectral de nuestra estrella, el Sol.
Esa investigación le permitió averiguar que cuando la luz atraviesa cualquier tipo de gas, este absorbe sus longitudes de onda, al igual que ocurriría si se calentase previamente. Esta propiedad fue bautizada como líneas de Fraunhofer.
Kirchhoff uso el conocimiento adquirido como explicación de las líneas oscuras presentes en el espectro solar y que se intensifican cuando la luz del sol atraviesa una llama. El resultado de esta investigación fue la promulgación de la Ley de emisión de Kirchhoff-Clausius y fue el comienzo de una nueva etapa en el campo de la astronomía.
El científico utilizó los resultados obtenidos para determinar, en 1861, la presencia en el Sol de elementos como el magnesio, el cinc, el sodio o el cobre, al igual que ocurre en la corteza de la Tierra.
Finalmente, estos estudios le sirvieron para crear un mapa del espectro solar. El mapa, impreso en cuatricromía, fue encargado por la Academia de Ciencias de Berlín.
Deformación de placas elásticas
El científico también dedicó parte de su tiempo en solucionar algunos problemas relacionados con las placas elásticas y su deformación.
La primera teoría sobre este tema había sido publicada por Sophie Germain y Siméon Denis Poisson y, más adelante, perfeccionada por Claude-Louis Navier. El trabajo de Kirchhoff, que usó el cálculo diferencial, fue dar respuesta a los interrogantes que aún permanecían sin resolver.
Obras y publicaciones
Gustav Kirchhoff fue el autor, solo o en colaboración de otros colegas, de varias obras científicas.
Entre las más importantes se encuentran la dedicada a los elementos químicos y sus espectros , Untersuchungen über das Sonnenspektrum und die Spektren chemischer Elementen (1861-1863); sus cuatro volúmenes sobre física matemática, Vorlesungen über mathematischen Physik (1876-1894), y el Gesammelte Abhandlungen.
Premios y reconocimientos
Las aportaciones de Gustav Kirchhoff a la ciencia fueron reconocidas por un gran número de instituciones de su época. Entre las que lo nombraron miembro destacaron la Royal Society, la Academia Estadounidense de las Artes y las Ciencias, la Academia de Ciencias de Rusia y la Academia Prusiana de Ciencias.
Además, el científico también recibió los siguientes galardones y premios en reconocimiento a su labor.
– Orden del Mérito de las Ciencias y las Artes.
– Medalla Rumford.
– Orden bávara de Maximiliano para la Ciencia y las Artes.
– Medalla Matteucci.
– Medalla Davy.
Tras su muerte recibió también la medalla Jansen y un cráter lunar y un asteroide fueron bautizados con su apellido.
Referencias
- Biografías y Vidas. Gustav Kirchhoff. Obtenido de biografiasyvidas.com
- McAllister, Willy. Las leyes de Kirchhoff. Recuperado de es.khanacademy.org
- EcuRed. Gustav Kirchhoff. Obtenido de ecured.cu
- The Editors of Encyclopaedia Britannica. Gustav Kirchhoff. Obtenido de britannica.com
- Famous Scientists. Gustav Kirchhoff. Obtenido de famousscientists.org
- New World Encyclopedia. Gustav Kirchhoff. Obtenido de newworldencyclopedia.org
- Science History Institute. Robert Bunsen and Gustav Kirchhoff. Obtenido de sciencehistory.org
- Robertson, E. F.; O’Connor, J. J. Gustav Robert Kirchhoff. Obtenido de groups.dcs.st-and.ac.uk