Радиометр Крукса

Радиометр Крукса, также известный как световая мельница, представляет собой прибор, демонстрирующий воздействие света и тепла на механическую систему. Его изобрёл в 1873 году английский химик и физик сэр Уильям Крукс. Прибор состоит из стеклянного герметичного сосуда, внутри которого размещены четыре металлические лопатки (или флажки), установленные на горизонтальной оси. Лопатки имеют две противоположные поверхности: одна сторона каждой лопатки черная, другая - серебристая.

 

Конструкция радиометра:

1. Стеклянная колба: Радиометр помещён в герметично закрытую стеклянную колбу, из которой откачан воздух до низкого давления.
2. Ротор: Внутри колбы установлен ротор на вертикальной оси. Ротор может свободно вращаться.
3. Лопатки: На роторе закреплены четыре легкие металлические лопатки. Одна сторона каждой лопатки черная, а другая серебристая.

 

Принцип работы:

Первоначально предполагалось, что радиометр вращается за счёт давления света на лопатки. Однако вскоре выяснилось, что это объяснение не является корректным, поскольку давление света слишком мало, чтобы вызвать наблюдаемое движение. Правильное объяснение включает тепловой эффект и молекулярную динамику газа внутри колбы.

 

Тепловое объяснение:

1. Абсорбция света: Черная сторона лопатки поглощает больше света, чем серебристая. Это вызывает нагревание черной поверхности.
2. Нагрев газа: Тепло передаётся молекулам газа возле черной поверхности, что приводит к увеличению их скорости (тепловое движение).
3. Движение молекул газа: Быстрее движущиеся молекулы газа создают больший удар на черной стороне, чем на серебристой.
4. Разность давления: Разность давления между черной и серебристой сторонами вызывает вращение ротора в сторону от черной поверхности к серебристой.

 

Применение и значение:

1. Демонстрационные цели: Радиометр Крукса часто используется в образовательных целях для демонстрации взаимодействия света и тепла с веществом.
2. Историческое значение: Прибор сыграл важную роль в развитии физики конца XIX века, стимулировав исследования в области кинетической теории газов и радиационного давления.
3. Показ влияния вакуума: Радиометр также наглядно демонстрирует свойства вакуума и поведение газа при низком давлении.

 

Современные исследования и усовершенствования:

Современные учёные продолжают изучать поведение радиометра Крукса, используя его для исследований в области нанотехнологий и молекулярной динамики. Радиометр Крукса стал прообразом многих современных приборов, использующих свет и тепло для создания движущих сил на микроскопическом уровне.

Радиометр Крукса остаётся важным примером взаимодействия света и тепла с веществом и наглядно демонстрирует принципы термодинамики и молекулярной физики.