Опыт 5.

«Радиометр Крукса».

  Радиометр Крукса.  Устройство было создано 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 ( рис.1). У лепестков одна сторона черная, а другая – светлая. Вертушка начинает вращаться, если на нее направить солнечный свет или свет от лампы.

 Проблема. Что же давит на лепестки ? Может быть, это сказывается давление света?

 Ответ. 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 лепестки 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              

Рис.1.

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.

  При действии излучения на лепестки темные стороны удаляются от источника излучения, а светлые стороны приближаются.

Проблема. Будут ли вращаться лепестки, если охлаждать радиометр ?

Ответ.  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.