Класс!ная физика для любознательных Библиотека по физике Класс!ная физика всегда рядом Прекрасный мир искусства Музей открытки 20 века Малая Яблоновка на реке Оккервиль Коты-рисунок, графика, живопись

добавить на Яндекс

"Что кажется нам чудом, на самом деле таковым не является!" - Симон Стевин
Но, что будет, если кота Шрёдингера засунуть в бутылку Клейна и обмотать всё лентой Мёбиуса?
Техно-шокер
Простые опыты Давай, наука! Простые лекции
Путешествие с "Класс!ной физикой" - Музей BMW в Мюнхене - читать полностью
Астрономия детям Предлагается эксперимент Физика детям

 Класс!ная физика   -  YouTube

«Класс!ная физика» - это class-fizika.spb.ru, class-fizika.narod.ru, class-fizika.ru
«Класс!ная физика» - это и библиотека по физике class-fizika.ru/bib.html

Световая мельница или радиометр Крукса. Научные игрушки

E-mail

Наука и игрушки



Это не мельница времен Дон Кихота! Ей не нужен ветер! Ей нужно только ласковое солнышко!
В настоящее время по всему миру можно увидеть в продаже сувениры-игрушки «световые мельницы», которым для вращения не нужны батарейки. Это и настольные сувениры, и подвесные вращающиеся шары различных форм и расцветок. Их «серьезных» собратьев показывают в технических музеях , а многих используют в качестве измерительных приборов в научных целях.




Световая мельница, вертушка Крукса или радиометр Крукса – столько названий у одного изобретения! Это и научный прибор, и одновременно эффектная игрушка.




Устройство было придумано в 1875 году британским физиком Уильямом Круксом.
Внутри стеклянного сосуда, из которого частично откачан воздух, на острие иголки, как стрелка компаса, уравновешена легкая вертушка из четырех лопастей-лепестков, расположенных крест-накрест. У лепестков световой мельнички одна сторона черная, а другая – светлая.




Вертушка начинает вращаться, если на нее направить солнечный свет или свет от лампы, или просто обхватить ладонью, мельница «машет крыльями» - вертится!

Что же давит на лепестки?
Какой «ветер», какая сила заставляет мельничку вращаться?
Может быть, это сказывается давление света?

Именно так и думал изобретатель У. Крукс, а первоначально его поддерживал и сам Дж. Максвелл.
Да, действительно, давление света существует, но оно слишком мало, чтобы привести мельничку в движение. Здесь причина в другом.



В результате большего поглощения света темная сторона лепестка нагревается сильнее, чем светлая.
При столкновении с лепестком молекулы газа в сосуде нагреваются и отскакивают от темной стороны лепестка с большей скоростью, чем от светлой. В результате, темная сторона лепестка, повернутая к источнику света, получает больший импульс движения, чем лепесток, обращенный к свету светлой стороной. Возникает разность давлений молекул газа на нагретую (темную) и более холодную (светлую) стороны лепестков мельнички.




Таким образом, причиной вращения световой мельнички является радиометрический эффект, который достаточно сильно проявляется в разреженном газе.
Радиометрический эффект, это пример применения кинетической теории газов, которая говорит о том, что средняя кинетическая энергия частиц с повышением температуры увеличивается. Молекулы газа, ударяясь о темную поверхность, отскакивают от нее с большей скоростью чем, если бы они сталкивались со светлой поверхностью. Сила, заставляющая лепестки поворачиваться, возникает из-за разницы величины импульсов движения, которые передаются молекулами газа светлым и темным сторонам лепестков световой мельнички.

Радиометрический эффект не будет возникать, если давление газа в колбе очень низкое (ведь требуется известное число молекул газа) или, наоборот, высокое (близко к атмосферному давлению), т.к. в этом случае молекулы газа, получив дополнительную энергию при отскоке от темных сторон лепестков, тут же передадут ее светлым сторонам лепестков, и в итоге результирующая сила, разворачивающая лепестки, уменьшится.




При действии излучения на лепестки темные стороны удаляются от источника излучения, а светлые стороны приближаются. Охлаждение радиометра вызывает вращение световой мельнички в обратном направлении.
Интересно, что в 2009 году в США был создан радиометр, лопасти-лепестки которого одинакового цвета, но образованы выпукло-вогнутыми поверхностями и покрыты сильно поглощающими свет золотыми нанокристаллами. Выпуклая сторона лепестка получает больше энергии, чем вогнутая, а молекулы газа - больше тепла от выпуклой стороны, чем от вогнутой. В результате, радиометр вращается вогнутой стороной вперед.