Desde muy joven mostró facultades académicas lo que se llevó a matricularse en la Universidad Albertus en donde asistió durante tres años a un seminario de física matemática para introducir a sus alumnos en los métodos de investigación. Durante este tiempo es cuando comenzó a interesarse por la inducción eléctrica y las corrientes eléctricas.
Se graduó en 1847 y se muda a Berlín donde ejerció como docente en un puesto sin cobrar entre 1848 y 1950 mientas rectificaba lo que hasta ese momento se creía respecto a las corrientes eléctricas y electrostáticas.
Le nombraron profesor extraordinario de la universidad de Breslavia (actualmente Wroclaw) y se muda de ciudad. En ese mismo año, resuelve varios problemas concernientes a la deformación de las placas elásticas y conoce al químico Robert Bunsen convirtiéndose en amigos. En 1854, Bunsen trabaja en Heidelberg y le ofrece a Kirchhoff que se una a él como profesor de física. A partir de ese momento, colaboraron de forma muy fructífera.
En 1862, Kirchhoff propone el nombre de “radiación de cuerpo negro” y postula dos conjuntos de leyes fundamentales, en la teoría clásica de circuitos eléctricos y en la emisión térmica. Aunque a ambas se la conoce como “Leyes de Kirchhoff”, probablemente esta denominación es más común en el ámbito de la ingeniería eléctrica.
Sus investigaciones en la radiación del cuerpo negro fueron fundamentales para el desarrollo de la teoría cuántica al presentar su ley en la que para un átomo o molécula dada, la emisión y absorción de frecuencias son las mismas.
En 1861, Kirchhoff y Bunsen estudiaron el espectro del Sol en 1861, identificando los elementos químicos de la atmósfera solar y descubriendo dos nuevos elementos en el transcurso de sus investigaciones, el cesio y el rubidio.
A Kirchhoff se le conoce por ser el primero en explicar las líneas oscuras del espectro del Sol como resultado de la absorción de longitudes de onda particulares conforme la luz pasa a través de los gases presentes en la atmósfera solar, revolucionando con ello la astronomía.
A medida que su salud empeoraba debido a una discapacidad que le obligaba a pasar gran parte de su vida en muletas o en silla de ruedas, le resultaba más difícil practicar la experimentación, por lo que cuando en 1875 le ofrecieron la cátedra de física matemática en Berlín, la aceptó para poder continuar haciendo contribuciones a la enseñanza y realizar investigación teórica.
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