Sto osmdesát let od narození G. R. Kirchhoffa (1824–1887)

Sto osmdesát let od narození G. R. Kirchhoffa (1824–1887)

PaedDr. Ing. Bohumil Tesařík

Již po více než dvě století defilují dějinami elektrotechniky celé zástupy objevitelů a vědců, fyziků, chemiků a matematiků, z nichž každý svým způsobem přispěl k pokroku na tomto poli vědy a techniky. Život a dílo mnoha z nich zůstávají v povědomí nejširšího okruhu odborníků i laiků, někteří jsou známi již poněkud méně, nebo dokonce upadli do stínu zapomnění. Někam doprostřed mezi tyto dvě krajnosti patří postava německého fyzika Gustava Roberta Kirchhoffa (obr. 1), od jehož narození letos uplynulo 180 let. Jeho práce měly základní význam pro klasickou fyziku 19. století, především matematickým vyjádřením různých fyzikálních jevů. Byl to také on, kdo poprvé v roce 1845 formuloval dva zákony, později nesoucí jeho jméno, které spolu s Ohmovým zákonem představují základní pilíře teorie elektrických obvodů, jak je snad všichni znají z učebnic středoškolské fyziky.

G. R. Kirchhoff se narodil v Königsbergu (dnešní Královec – město v západním Rusku) 12. března 1824 jako třetí syn justičního rady. Po gymnaziálních studiích vstoupil na místní Albertovu univerzitu. Zde v té době působilo několik významných profesorů: astronom a ředitel proslulé hvězdárny F. W. Nessek, matematik K. G. Jakobi a především zakladatel německé matematické fyziky a tvůrce teorie elektromagnetické indukce F. E. Neumann. Ten zadal tehdy jednadvacetiletému studentovi Kirchhoffovi seminární práci zaměřenou na zkoumání rozložení proudové hustoty v kruhové desce se vstupem a výstupem proudu umístěnými na jejím obvodu (obr. 2). Jak uvádí ve svých studiích náš přední znalec vzniku a geneze Kirchhoffových objevů prof. Ing. Daniel Mayer, DrSc., z Elektrotechnické fakulty plzeňské ZČU, jejich tvůrce použil k řešení stacionárního dvojdimenzionálního proudového pole již v té době poměrně dobře rozvinutou teorii potenciálu. Teoreticky odvozený průběh ekvipotenciál experimentálně ověřoval pomocí sondy zapojené do Wheatstoneova můstku. V dodatku své seminární práce odvodil podmínku rovnováhy pro tento můstek. Právě k tomuto účelu zformuloval vztahy, které v následujících letech ještě v několika svých pracích matematicky zpřesnil a doplnil dalšími poznatky (Kirchhoffova kombinační pravidla). Již dříve se tyto vztahy, které shrnují podmínky pro průchod proudu v kterémkoliv okamžiku, používaly intuitivně. Kirchhoffova zásluha spočívá v tom, že si oba zákony pro rozdělení proudů a napětí v elektrických sítích uvědomil a definoval je v jejich plné obecnosti. K intenzivnímu rozvoji teorie elektrických obvodů, a tím k soustavnějšímu využívání Kirchhoffových zákonů v praxi, došlo až na přelomu 19. a 20. století a také v pozdějších letech v souvislosti s budováním energetických a telekomunikačních systémů.

Výsledkům seminární práce začínajícího vědce (uveřejněné v prestižním časopise Annalen der Physik und Chemie – obr. 3), která po menších úpravách byla obsahem jeho doktorské disertace, se dostalo zaslouženého ocenění a věhlasu. Proto se také již ve 24 letech habilitoval a od roku 1850 působil jako mimořádný profesor na katedře fyziky univerzity ve Vratislavi. V roce 1854 získal místo profesora teoretické fyziky na univerzitě v Heidelbergu a od roku 1875 stál v čele katedry matematické fyziky na univerzitě v Berlíně, kde působil vedle proslulého lékaře a fyzika Hermanna von Helmholtze. Po nešťastném pádu ze schodů se mu sice poranění nohy zhojila, ale zato se dostavilo celkové churavění, jemuž posléze ve věku 63 let 17. října 1887 podlehl.

G. R. Kirchhoff studoval zejména problémy šíření světla, tepelné vodivosti, termodynamiky a mechaniky pružných těles (např. vypracoval teorii kmitajících membrán). Spolu se svým univerzitním kolegou, chemikem R. W. Bunsenem, našli cestu k objevům, které sahaly daleko za obzor tehdejšího vědění – vypracovali metodu spektrální analýzy, umožňující určit chemické složení zářících těles. To vedlo mimo jiné k jejich společnému objevu nových prvků cesia (1860) a rubidia (1861). V souvislosti s tím objevil Kirchhoff také zákon o emisi a absorpci záření a uskutečnil velmi přesná zkoumání slunečního spektra.