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2022年04月04日

G・R・キルヒホフ【1824年3月12日 〜 1887年10月17日】

その名は正しくはグスタフ・ロベルト・キルヒホフでGustav Robert Kirchhoff,とつづります。1824年に現在のロシア領カリーニングラードであるケーニヒスベルクで生まれました。生まれ故郷にあるケーニヒスベルク大学で学び、26歳でブレスラウ大学員外教授に就任しています。
キルヒホッフについて伝えられている内容は主に業績となりますので、本稿は時代背景をもとにして研究内容を中心とした記述を纏めたいと思います。私自身がドイツ系の人になったつもりで出来るだけ正確に記載したいと考えています。;)

実際にキルヒホッフの業績の中で有名なものは@電気回路におけるキルヒホッフの法則、A放射エネルギーについてのキルヒホッフの法則、B反応熱についてのキルヒホッフの法則です。それぞれにとても大事な考察だったといえるでしょう。

まず第一に、回路におけるキルヒホッフの法則が最重要です。別言すれば一番知られています。当然と言えば当然の事実を明言化しているだけだ、とも言えるのですが「回路網中の任意の接続点に流入する電流の和は 0(零)である」というのが第一の法則です。正確にはキルヒホッフの第一法則というべきでしょうが、本稿では単純に「第一の法則」または「第一法則」と省略します。この時代には自由電子運動論を裏付ける理論はありません。電子を直接観測にかけるどころか原子や電子のサイズも想像がつかないで、あくまで電子は一つのモデルでした。こうして考えた時に、正直でドイツで学んだ人は出来る事実で話を組み立てます。つまり出来るだけ正確に観測を続けて観測結果を蓄積して、観測事実の相互関係を定量化するのです。当時は電源と抵抗の単純な回路を考えた時に夫々を要素と考えて回路に落とす作業自体にも議論があったでしょう。つまり、我々が当たり前に書いている回路図も国際度量衡といった枠組みが無くて、ヨーロッパの一部の人々が使うだけの不可思議な記号だったのです。知る人ぞ知る知見だったとも言えます。そんな回路上での一点を考えたら入り込む電流と出ていく電流の総和が等しい。実験事実によるとゼロとなるという事実が第一法則なのです。この法則は今、電気工学(ひいては現代産業)で幅広く応用されています。

そして次に、キルヒホッフの電圧則はキルヒホッフの第2法則とも呼ばれます。回路を考えたときに回路網中の任意の閉ループを考えてみて構成する部分的な電圧を計測したとき、任意の分け方で考えた起電力の総和と電圧降下の総和は等しいのです。抵抗、電球、電線電池からなる回路で何が電気を起こしていて、何が消費するか考えてみてください。そして再強調しますがこの時代には電子の存在は今より不確かです。今の学生が教科書を読んだときに漫画的な丸い物体(模式的な電子の姿)を見て想像するような作業ができないのです。力学と比べて電磁気学や熱学はまとめ難い側面があります。実際には電圧を生じる電池のような物質があり、電気を流し抵抗を持つ同線等の要素を細かく考えていくことで、回路間の色々な場所での電圧降下をかんがえていき、キルヒホッフは第二法則を確立することが出来たのです。


そして1859年にキルヒホッフは黒体放射におけるキルヒホフの放射法則を発見しました。電子の運動でオームの法則に従い議論されるのに対して、熱放射は空間での現象に対しての考察です。また、別の空間的な考察としてキルヒホッフには分光学での考察も行っています。フラウンホーファーが発見したいわゆるフラウンホーファー線(太陽の光線を分解した時に現れる特徴的な吸収)がナトリウムのスペクトルと同じ周波数帯に見受けられると示し、(今で言う分光学的方法で)太陽の内部にあると思われる元素を同定できることを示しました。他に音響学、弾性論に関しても先進的な研究を行っています。
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