How did it work?
Quando il radiometro viene illuminato da luce solare o da una qualsiasi fonte luminosa “calda” (es. luce ad incandescenza), il mulinello posto all’interno del bulbo di vetro si mette in movimento. Si muove tanto più rapidamente quanto maggiore è l’intensità della luce. Se il mulinello viene illuminato da una luce “fredda” (es. tubi al neon) le pale non ruotano.
Il radiometro di Crookes offre un'occasione didatticamente interessante per discutere di come diverse teorie si siano susseguite per spiegarne il funzionamento. Si parte dalla teoria elettromagnetica per arrivare alla teoria cinetica dei gas.
- La pressione della radiazione: Crookes sostenne che le pale venissero mosse dalla “pressione della luce” (prevista da Maxwell) per la quale, la luce, colpendo una superficie esercita su di essa una pressione. Però le pale si muovevano come spinte dalla faccia scura, mentre ci si aspettava che la spinta fosse maggiore sul lato chiaro perché maggiormente riflettenti.
- Moto molecolare: La spiegazione che coinvolgeva la teoria cinetica dei gas fu proposta da Stoney: il lato più scuro delle pale subirebbe un riscaldamento a causa del maggiore assorbimento della radiazione infrarossa. Il gas nelle vicinanze dei lati scuri incrementerebbe la propria agitazione termica esercitando una forza sulle pale. Maxwell, analizzando tale teoria, sostenne che l'espansione dei gas dovuta al riscaldamento non era sufficiente a spingere le pale.
- Evaporazione di molecole dalla superficie scura: per reazione la pala verrebbe spinta dalla parte opposta. L'evaporazione è reale, ma non è questa la spiegazione corretta, infatti aumentando il vuoto dovrebbe aumentare l'effetto, invece avviene che la rotazione cessa con un vuoto più spinto. Questo permise di capire l'importanza del gas rarefatto presente all'interno del radiometro.
- Scorrimento termico: la spiegazione attualmente accreditata fu proposta nel 1879 da Reynolds. Essa si basa sull'analisi del comportamento di un gas rarefatto e della sua interazione con il bordo delle pale. Si verifica uno “scorrimento termico” del gas ai bordi delle pale che causa una forza diretta dalla superficie più calda a quella più fredda. Maxwell elaborò una trattazione matematica, che viene tuttora considerata la spiegazione definitiva del fenomeno, basandosi sul suggerimento di Reynolds. L'energia cinetica media di una molecola aumenta con l’aumentare della temperatura. Quando le molecole di gas colpiscono i lati neri delle alette rimbalzano fuori con velocità più grande di quando colpiscono i lati bianchi. A causa della differenza fra la quantità di moto depositata dalle molecole dal lato nero e bianco di ogni aletta, è generata una forza spingente perpendicolare e concorde alle palette. L'effetto radiometrico non compare a pressione molto bassa (è necessaria una quantità sufficiente di molecole) o a pressioni troppo alte (per esempio pressione atmosferica). Questo avviene perché ad una pressione più alta le molecole che urtano contro il lato 'caldo' di un'aletta perdono una parte della loro energia (e della quantità di moto) quando si scontrano con le molecole 'più fredde' e conseguentemente la forza spingente è più debole.
- http://www.divertiscienza.it/schede/radiometro-solare#:~:text=Quando%20il%20radiometro%20viene%20illuminato,neon)%20le%20pale%20non%20ruotano.
- http://dydaktyka.fizyka.umk.pl/zabawki1/files/termo/crooks_big-it.html
- http://www.liceomonti.it/images/SEZIONE%20FISICA/SCHEDE%20PDF/RADIOMETRO%20DI%20CROOKES.pdf
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