Le radiomètre de Crookes consiste en une ampoule sous vide partiel, dans laquelle on a disposé un système rotatif constitué d’un axe de métal sur lequel peut tourner un ensemble de quatre ailettes de mica dont chacune a une des faces noircie au noir de fumée et l’autre argentée. Exposées à un rayonnement électromagnétique, ces ailettes se mettent à tourner d’autant plus vite que le rayonnement est important. Toutefois, la puissance de ce moteur est négligeable, contrairement à ce que « montre » le film Pitch Black, qui lui fait mouvoir un véhicule dans du sable (plusieurs kilowatts).
Il a été inventé en 1873 par William Crookes pour mesurer les radiations magnétiques, mais les causes de la mise en rotation du dispositif ont été le sujet de plusieurs débats scientifiques pendant une dizaine d'annéesavant que l'explication actuelle soit publiée en 1879
On constate que la chaleur de la main est suffisante pour que tourne, même lentement, le dispositif. En effet, la chaleur rayonnée est un rayonnement infrarouge.
Vide partiel
Le radiomètre de Crookes, également connu sous le nom de moulin à lumière, est un appareil qui tourne lorsqu'il est exposé à la lumière. Inventé par Sir William Crookes en 1873, il est constitué d'une ampoule en verre contenant des ailettes légères montées sur un axe. Chaque ailette est noire d'un côté et blanche de l'autre. Le radiomètre fonctionne sous un vide partiel, ce qui signifie que la pression à l'intérieur de l'ampoule est inférieure à la pression atmosphérique.
Lorsque la lumière frappe les ailettes, elle réchauffe le côté noir plus que le côté blanc. Ce phénomène entraîne une différence de pression des molécules de gaz à l'intérieur de l'ampoule, ce qui fait tourner les ailettes. Le vide partiel est crucial, car dans un vide total, il n'y aurait pas de molécules de gaz pour créer cette différence de pression, et dans une pression atmosphérique normale, la friction de l'air empêcherait la rotation.
Clarifications thermodynamiques
Initialement, Crookes pensait que le mouvement des ailettes était dû à la pression de la lumière elle-même, mais cette théorie a été réfutée. En réalité, l'effet thermodynamique est à l'origine de la rotation. Lorsque la lumière chauffe le côté noir, les molécules de gaz à proximité gagnent en énergie et se déplacent plus rapidement, exerçant une pression plus élevée sur ce côté et poussant ainsi les ailettes.
Clarifications photodynamiques
La photodynamique du radiomètre de Crookes repose sur l'interaction de la lumière avec les matériaux des ailettes. La lumière absorbe l'énergie différemment selon la couleur et le matériau, ce qui conduit à des variations de température et de pression sur les différentes surfaces des ailettes.
Clarifications photodynamiques UV mauve
Les éclairages UV, en particulier les UV mauve, ont des longueurs d'onde plus courtes et une énergie photonique plus élevée que la lumière visible. Lorsqu'ils frappent les ailettes du radiomètre, ils produisent une réaction plus intense, entraînant un réchauffement plus rapide du côté noir et une rotation accélérée des ailettes.
Forces magnéto thermique et UV mauve lointain
Clarifications des rendements photodynamiques comparés aux rendements thermodynamiques
Les rendements photodynamiques et thermodynamiques peuvent être comparés en mesurant la vitesse de rotation des ailettes sous différentes sources lumineuses. Les rendements photodynamiques prennent en compte l'efficacité de l'absorption de la lumière par les ailettes et leur conversion en énergie thermique, tandis que les rendements thermodynamiques se concentrent sur l'efficacité de la conversion de cette énergie thermique en mouvement rotatif.
Comment créer son radiomètre
Introduction
Présentation générale du radiomètre et de son importance dans les applications scientifiques et industrielles.
1. Principes de Fonctionnement
Explication des principes physiques et thermodynamiques qui permettent au radiomètre de fonctionner, y compris les effets de la lumière et de la pression des gaz.
2. Composants Principaux
Description des composants essentiels du radiomètre :
Ampoule en verre : Contient les ailettes et le vide partiel.
Ailettes : Fixées sur un axe, peintes d'un côté en noir et de l'autre en blanc.
Axe : Support des ailettes, permettant leur rotation.
Base : Soutient l'axe et l'ensemble du radiomètre.
Pompe à vide : Crée le vide partiel nécessaire au fonctionnement.
3. Matériaux Utilisés
Analyse des matériaux utilisés pour chaque composant et leur impact sur les performances du radiomètre.
4. Fabrication et Assemblage
Étapes détaillées pour la fabrication et l'assemblage d'un radiomètre, incluant les précautions à prendre pour maintenir le vide partiel.
5. Applications et Utilisations
Exploration des différentes applications du radiomètre dans la recherche scientifique, l'industrie et l'éducation.
Sources
Crookes, W. (1873). On the illumination of lines of molecular pressure, and the trajectory of molecules. Philosophical Transactions of the Royal Society of London, 163, 277-319.
Reynolds, O. (1879). On certain dimensional properties of matter in the gaseous state. Philosophical Transactions of the Royal Society of London, 170, 727-845.
Reynolds, O. (1887). On the forces caused by the evaporations of a liquid. Nature, 35(900), 84.
