Ακτινόμετρο CROOKES

Το ακτινόμετρο είναι μια υπέροχη κατασκευή απλή και θεαματική. Δεν έχει ούτε καλώδια ούτε μαγνήτες ούτε φωτοστοιχεία υψηλής τεχνολογίας. Τίποτε από αυτά. Και όμως βάζοντάς το στον ήλιο το απολαμβάνεις να γυρίζει διαρκώς αθόρυβα και με χάρη.

Ακτινόμετρο CROOKES

Το 1873, ο διαπρεπής βικτοριανός πειραματιστής ο Sir William Crookes ερευνώντας την υπέρυθρη ακτινοβολία και το στοιχείο θάλλιο , ανέπτυξε ένα ειδικό είδος ακτινόμετρου, ένα όργανο δηλαδή για τη μέτρηση της ακτινοβόλου ενέργειας της θερμότητας και του φωτός. Η συσκευή αυτή αποτελείται από έναν μύλο με τέσσερα πτερύγια, καθένα από τα οποία μαυρίζεται από τη μια πλευρά και ασημώνεται από την άλλη. Αυτά είναι συνδεμένα με τον άξονα ενός στροφέα που στηρίζεται κάθετα με μια βελόνα η οποία ακουμπάει σε ένα γυαλί, κατά τέτοιο τρόπο ώστε μπορεί να γυρίζει με ελάχιστη τριβή. Ο μηχανισμός είναι μέσα σε έναν σφαιρικό βολβό γυαλιού που έχει αντληθεί αέρας ώστε να δημιουργηθεί ένα σχετικά μικρό κενό 0,1torr.

Όταν το φως του ήλιου χτυπάει το μύλο, τα πτερύγια γυρίζουν με τις μαύρες επιφάνειες να ωθούνται ς μακριά από το φως. Το Crookes θεώρησε ότι η πίεση της ακτινοβολίας ήταν αυτή που έσπρωχνε τον μύλο, όπως ακριβώς ο αέρας γυρίζει έναν ανεμόμυλο. Το έγγραφο με το οποίο περιγράφει την κατασκευή και την ερμηνεία λειτουργίας της συσκευής εξετάσθηκε από τον James Clerk Maxwell ο οποίος αρχικά δέχτηκε ως σωστή την εξήγηση που έδωσε ο Crookes .

Φαίνεται ότι ο Maxwell ενθουσιάστηκε τόσο πολύ που είδε μια συσκευή να αποδεικνύει την επίδραση της πίεσης ακτινοβολίας όπως προβλέπεται από τη θεωρία ηλεκτρομαγνητισμού του, ώστε να μην εξετάσει με λεπτομέρεια τον τρόπο λειτουργίας της συσκευής. Αλλά υπάρχει ένα πρόβλημα με αυτήν την εξήγηση. Το φως που πέφτει στην μαύρη επιφάνεια απορροφάται, ενώ αυτό που πέφτει στην ασημένια πλευρά ανακλάται. Έτσι η δύναμη που ασκείται στην ασημένια πλευρά θα πρέπει να είναι διπλάσια από αυτήν που ασκείται στην μαύρη αφού σύμφωνα με τους νόμους της κρούσης έχουμε διπλάσια μεταβολή της ορμής. Έτσι θα έπρεπε ο μύλος να γυρνάει ανάποδα.!!

Ακτινόμετρο CROOKES

Η σωστή λύση στο πρόβλημα δόθηκε ποιοτικά από Osborne Reynolds, γνωστός για το “αριθμό Reynolds”. Το 1879 ο Reynolds υπέβαλε μια εργασία στο Βασιλικό Ινστιτούτο στην οποία εξέταζε ένα φαινόμενο το οποίο κάλεσε “<strong>θερμική εφίδρωση</strong>”, και το εφάρμοσε για την ερμηνεία της κίνησης του ακτινόμετρου. Ο Reynolds με τον όρο “θερμική εφίδρωση” εννοούσε τη ροή του αερίου μέσω των πορωδών πτερυγίων που προκαλείται από μια διαφορά θερμοκρασίας στις δύο πλευρές των πτερυγίων. Εάν το αέριο έχει αρχικά την ίδια πίεση και από τις δύο πλευρές, υπάρχει μια ροή του αερίου από την πιο κρύα στην ζεστότερη πλευρά, με συνέπεια ν’ αναπτύσσεται μια υψηλότερη πίεση στην πιο ζεστή πλευρά. Η σχέση που απέδειξε ο Reynolds γι’ αυτό το φαινόμενο, είναι ότι ο λόγος των πιέσεων από τις δύο πλευρές είναι ίσος με την τετραγωνική ρίζα του λόγου των απολύτων θερμοκρασιών.

Εάν τα πτερύγια ενός ακτινόμετρου δεν είναι πορώδη το ακτινόμετρο και πάλι λειτουργεί λιγότερο όμως έντονα. Για την ερμηνεία επομένως, κάποιος πρέπει να στρέψει τώρα την προσοχή του όχι στις επιφάνειες των πτερυγίων, αλλά στις άκρες τους. Η επίδραση αυτή είναι γνωστή ως θερμικός ερπυσμός δεδομένου ότι αναγκάζει τα αραιά αέρια να σέρνονται κατά μήκος μιας επιφάνειας όπου υπάρχει μια κλίση θερμοκρασίας πηγαίνοντας από το ζεστό στο κρύο. Έτσι μπορούμε να πούμε ότι η λειτουργία του ακτινόμετρου οφείλεται σε δύο φαινόμενα. Στη θερμική εφίδρωση αφενός και στον θερμικό ερπυσμό αφετέρου