#22-Un manuale d'uso

"Less is More"

Manuale d'uso con poche istruzioni ma tante informazioni: Lo strumento consiste di una piccola elica a 4 pale; ogni pala ha una superficie annerita e una bianchissima. Le 4 pale sono montate sui bracci di un leggero mulinello imperniato in modo da poter ruotare con minimo attrito, dentro un bulbo di vetro contenente aria a pressione molto ridotta.  Sono poche ed essenziali le istruzioni per l'uso: Esponendo l’apparecchio a sorgenti che emettono radiazioni “calde”, per es. il sole, una lampada a tungsteno o una fiamma, si osserva che la croce si mette a girare attorno al perno nel verso che si otterrebbe se sulle pareti scure vi fosse un eccesso di pressione rispetto alle pareti bianche. Si può verificare che la croce, a parità degli altri parametri, gira sempre più rapidamente al diminuire della pressione nel bulbo, fino a raggiungere un massimo che varia da gas a gas e, per l'aria, viene raggiunto a una pressione di alcuni decimi di millimetro di mercurio; la pressione per cui viene raggiunto il massimo della velocità di rotazione generalmente aumenta al diminuire della massa molare del gas. Per capire come questo accade vediamo le diverse teorie che si sono susseguite(ne abbiamo già parlato in altro modo negli step05: Il principio fisico ieri e Il principio fisico oggi):

• pressione di radiazione: fallisce poichè la pressione di radiazione è troppo debole per mettere in moto da sola il radiometro infatti le palette giravano nel verso opposto da quello previsto da questa teoria.
  
• Il "degasssamento": comporterebbe un riscaldamento della faccia scura e quindi un movimento nella corretta direzione ma fallisce poichè il radiometro funziona meglio sotto condizione di vuoto parziale (circa 10^-5atm) e smette di funzionare alla condizione di vuoto perfetto.

  

  
  
• Termodinamica:  passiamo ad esaminare le spiegazioni che si basano sulla termodinamica dei gas. Quando illuminiamo il radiometro, il lato nero delle alette diventa più caldo dei lati bianchi e si potrebbe pensare che i gas caldi hanno una pressione maggiore di quelli più freddi e indurre una rotazione ma questo fallisce perchè  non è detto che aumentando la Temperatura il numero di molecole "n" rimanga invariato nella relazione PV=nRT (con V,R costanti).

  

Sempre riguardo alla termodinamica si potrebbe presupporre che le particelle abbiano una velocita di ritorno (recoil=rinculo) diversa rispetto a quella dell'andata ma fallisce per il motivo precedente: avendo una maggiore velocità aumenterebbe gli urti e quindi diminuirebbe la densità e il numero di molecole "n".

• Scorrimentoo termico: l'ultima e funzionante idea è frutto di due tra le menti più brillanti del 900: Osborne Reynolds e Albert Einstein. La pressione del gas è un prodotto di due cose: quante molecole colpiscono la banderuola per unità di area e quanto duramente colpiscono. Il flusso del gas dipende solo da quante molecole stanno attraversando la banderuola per unità di area; non dipende da quanto duramente colpiscono. Quando guardiamo il gas vicino al centro della paletta, la pressione si equalizzerà, quindi avremo n 1 T 1 = n 2 T 2 . Ma quando guardiamo il gas lontano dalla paletta, non è la pressione che si equalizza, ma il flusso. Quindi avremo n1*sqrt(T1)= n2*sqrt (T2). Ai bordi della paletta, deve esserci una zona di transizione tra i due comportamenti distinti (la larghezza della regione di transizione è la lunghezza media del percorso libero). In questa regione di transizione, né il flusso né la pressione si equalizzino completamente e quindi c'è un flusso netto dal lato bianco al lato nero e una pressione netta sul lato nero. Ciò fa ruotare le alette.