#26-La chimica e l'inventore

L'oggetto più famoso e motivo per cui viene ricordato Crookes è sicuramente il radiometro ma egli fu una brillante mente della chimica e face scoperte che aprirono a studi molto piu importanti del radiometro. Nel 1861, mentre stava eseguendo esperimenti di spettroscopia, scoprì un nuovo elemento chimico che aveva la caratteristica di emettere un raggio di colore verde intenso nello spettro elettromagnetico. Chiamò questo elemento tallio dal greco antico thallos, un germoglio verde. 

Successivamente si dedicò ad una serie di ricerche sulla conduzione dell'elettricità nei gas a bassa pressione e scoprì che quando la pressione era molto bassa, il catodo sembrava emettere dei deboli raggi luminosi. Questi raggi furono chiamati raggi catodici ma in seguito si scoprì che erano dei semplici flussi di elettroni. Questa proprietà è la stessa utilizzata nei normali tubi catodici dei televisori. Crookes fu inoltre uno dei primi scienziati ad interessarsi e studiare il settore che oggi viene chiamato Fisica del plasma e all'epoca rientrava sotto gli studi della chimica più che della fisica. 

#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.
  

#20-Il marchio

"Se vuoi essere importante il marchio è fondamentale!"

Il marchio è un'elemento fondamentale per poter identificare la propria azienda o un prodotto in modo veloce e semplice. Con il passare degli anni il marchio ha iniziato ad assumere un ruolo sempre più rilevante; oggi moltissima gente è ossessionata dai marchi (Bio,DOCG ecc.) e dall'avere gli ultimi prodotti di alcuni marchi (brand). 

Vediamo alcuni marchi che hanno caratterizzato a storia del radiometro:

• L'etichetta apposta su uno dei primi radiometri prodotti dalla fabbrica Cossor (approfondimento Step09)

  

  Marchio di fabbrica Cossors

• In tempi più recenti (tra 1950/80) il marchio di fabbrica veniva apposto sotto la base.

  

  marchio apposto su un radiometro prodotto a New York

  
  

  

  marchio stampato su un radiometro della Windsor Electronics (approfondimenti step09)

• un altro tipo di marchio che distingueva i vari modelli durante la produzione in serie erano le scatole che avevano come tratto comune l'utilizzo di immagini riguardanti il sole  e i raggi solari.

  

  Scatola di un radiometro anni 50. Attraverso il buco nella scatola viene ricreato un sole 

  
  

  

  Scatola di un radiometro che ritrae una faccia all'interno di un sole e riporta la simpatica scritta:"Mr. sun at work"

• attenzione a non sbagliarsi. Oggi il marchio più famoso a nome "Radiometer" appartiene ad un'azienda che poco ha a che fare con il nostro originale Radiometro.

  

Marchio dell'azienda specializzata in diagnostica medica 

#18-Il francobollo

"Nella scienza esiste solo la Fisica; tutto il resto è collezione di francobolli."

-Ernest Rutherford

Crookes ha lavorato sodo e compiuto molte scoperte durane la sua vita ma purtroppo nessun francobollo è stato prodotto in sua memoria o in memoria delle sue invenzioni.

Andiamo ad analizzare i francobolli che hanno fatto la storia della radiometria e di conseguenza delle onde elettromagnetiche:

• Nel 400 a:C il filosofo greco Democrito fu il primo a intuire che la "materia" era composta da particelle dette atomi e getta le basi per le future scoperte.

  

  Francobollo della Grecia del 1961 in ricordo di Democrito

  
  
• Vari francobolli ricordano l'importanza dello spettro elettromagnetico (di cui fa parte anche la luce visibile) e dei più importanti scienziati che lo hanno descritto.

  

  Francobollo della Germania del 1987 in ricordo di Joseph von Fraunhofer (1787-1826)

  
  

  

  Francobollo della spagna del 1969 in ricordo della xv conferenza internazionale tenuta a Madrid sulla spettroscopia

  

  Francobollo della Germania del 1921 in onore del premio nobel Albert Einstein e della scoperta sull'effetto fotoelettrico

  
  

  

  Francobollo proveniente dall'Olanda del 1988 dedicato a Christiaan Huygens matematico, astronomo e fisico olandese, fra i protagonisti della rivoluzione scientifica. 
  

  
  
• I  radiometri più moderni e sofisticati sono montati sui satelliti per compiere rilevazioni (spesso metereologiche) e alcuni francobolli ricordano i lanci spaziali più importanti.

  

  Francobollo americano del 1975 in ricordo della spedizione Mariner10 al cui interno sono presenti due radiometri

  

  Francobollo americano del  1960  in ononore del stellite Echo I che aveva la funzione di ripetere (tramite riflessione) le onde radio
  

  
  
• Occhio a non confondersi!! Numerosi francobolli ritraggono un oggetto molto simile al radiometro, inventato da Wilhelm Conrad Röntgen, ma riguardante i raggi X e i tubi catodici.

  

  Francobollo della Repubblica Ceca del 1995 in onore di Wilhelm Conrad Röntgen

  

  Francobollo dello stato di Monaco del 1995 in onore di Wilhelm Conrad Röntgen 

  
  

  

  Francobollo della Spagna per commemorare il VII congresso della radiologia tenutosi a Barcellona il 1967

#17-I brevetti

Un'idea ma tanti brevetti!

Il primo brevetto delradiometro di Crookes venne depositato il 1876-09-12 negli Stati Uniti dallo stesso Crookes. Il brevetto illustra le componenti e il funzionamento dell'oggetto. Codice: US182172A (documento completo 4 pagine)

James Fank Martin partendo dall'idea di Crookes brevettò nel 1910 un apparato per misurare la luce. Codice: US1000831A (documento completo 4 pagine)

Nel 1932 venne brevettato un oggetto stano se messo in relazione con il radiometro di Crookes: un "diffusore di vapore" che utilizza un radiometro. Codice: US1948635A (documento completo 1 pag)

Nel corso del 900 molti scienziati hanno depositato brevetti che avevano come scopo la produzione di energia elettrica (o energia motrice) riutilizzabile dall'uomo

  1. US4410805A (documento completo 6 pagine) depositato da Lawrence F. Berley nel 1978(approvato 1983): "Radiometer generator", unisce i principi del radiometro, dell'otheoscopio (otheoscope) e delle macchine dinamo-elettriche per cercare di creare energia utilizzabile dall'energia della radiazione. 

  2. US4397150A (documento completo 3 pagine) depositato da Marc S. Paller nel 1980 (approvato nel 1983): "Power generating apparatus using radiant energy", cerca di ottimizzare la funzione delle palette montate sul rotore per produrre una quantità sufficiente di energia riutilizzabile dall'energia di radiazione 

  3. US4926037A (documento completo 4 pagine) depositato da Fernando R. Martin-Lopez nel 1988 (approvato nel 1990): " light weight motor energized by radiant energy", Lopez brevetta un motore leggero in grado di funzionare tramite l'energia emessa dalle radiazioni. 

I bevetti riguardanti il radiometro rilasciati dal 2000 ad oggi si concentrano in ambito areo-spaziale:

  1. Nel 2005 Marco Scandurra deposita due brevetti:

      I) US20060001569A1 (documento completo 17 pag): "Radiometric propulsion system", brevetta un sistema di propulsione molto efficiente per veicoli (volanti,galleggainti,stradali) che operano nell'atmosfera senza usare combustibile fossile.

       II) US20060000215A1 (documento completo 14 pagine): "Encapsulated radiometric engine", partendo dal brevetto precedente Scandurra studia un altro tipo di motore in collaborazione con lo scienziato Stanley Kremen. 

2. Nel 2009 viene brevettato da David Kirshman, David A. DeamerMaurice e P. Bianchi un dispositivo per controllare i movimenti dei satelliti tramite l'impiego di energia proveniente dalle radiazioni.  US8596572B1 (documento completo 6 pag). 

#15-i numeri

"Se torturi i numeri abbastanza a lungo, confesseranno qualsiasi cosa"

-Gregg Easterbrook

"Torturiamo" i numeri del radiometro:

• 4: Numero di palette solitamente inserite all’interno. Era considerato il numero perfetto secondo i maya e nel Medioevo veniva considerato un numero perno e risolutore: quattro sono, infatti, i punti cardinali, i venti principali, le stagioni, le fasi lunari, le arti liberali del quadrivio, i lati del quadrato. In Giappone (e altre nazioni dell'Asia orientale) il numero è considerato sfortunato: ciò deriva dal fatto che si può pronunciare sia yon che shi, quest'ultimo con pronuncia foneticamente simile all'ideogramma 死, che rappresenta la morte.
• 16: Ogni anno il 16 di Maggio viene festeggiato l’International Day of Light
• Diversi numeri per diversi studi. Nel libro "the Radiometer, an instrument which revolves continuously under the influence of radiation" Crookes utilizza diversi sistemi di numerazioni in base all'esperimento condotto:
• Scala 0-100: Crookes fissa a 100 il valore massimo raggiunto durante ogni esperimento nei diversi campi e assegna un valore decrescente per caratteristiche peggiori.
  
  Il primo esperimento che conduce misura la "forza della radiazione" a varie lunghezze d'onda dello spettro elettromagnetico
• 
  Nel secondo esperimento studia l'influenza che possono avere i colori e i materiali delle palette sulla rotazione
  
  
  E' l'ultimo esperimento che conduce nel suo libro e, ponendo dei materiali o colori come schermo al raggio incidente, studia che effetto producono sulla rotazione.
• Scala dei gradi (radianti): per studiare fenomeni di rotazione è molto conveniente usare come unita di misura i gradi o ancora più correttamente i radianti (che si avvalgono di uno "strumento potentissimo" come il Pi greco)
  
  Aumentando la distanza della fonte luminosa, Crookes osserva di quanti gradi riescono a ruotare le palette.
• Scala temporale: Il tempo è stato oggetto di dibattito fin dall'antichità e ancora di più la misura di esso. Oggi la nostra vita, la fisica e molti altri aspetti sono regolati dal tempo e dagli strani numeri collegati ad esso. I numeri rimangono gli stessi ma si complicano poichè il tempo segue un sistema misto: sessagesimale  fino alle ore invece per i giorni servono 24 ore e per gli anni 365 giorni. Tutto questo potrebbe sembrare strano ma funziona molto bene!!
  
  Misura il tempo che ci mette il rotore a compiere una rivoluzione stimolando le palette con "luci di colori diversi" (a diverse lunghezze d'onda) 

#14-la tassonomia

 “Science is the systematic classification of experience.”

-George Henry Lewes

Dal momento della sua invenzione a oggi il radiometero si è evoluto seguendo strade diverse che hanno prodotto svariati modelli con molteplici funzioni. Cerchiamo allora di arrivare alla scienza (quindi conoscenza) attraverso una classificazione sistematica come suggerito dal filosofo Lewes.

Radiometero:

• modelli non più in produzione
• caratterizzati dalla necessità del vuoto per funzionare
• Nichols radiometer; utilizzato nel 1901 per la misurazione della pressione di radiazione. Viene spesso confuso con il radiometro di Crookes a causa del suo aspetto esteriore molto simile.
• caratterizzati dall'utilizzo di sensori per compiere misure
• Soviet radiometer: utilizzati principalmente durante gli anni della guerra fredda. 
• Advanced Very-High-Resolution Radiometer (AVHRR): è un sensore spaziale che misura la riflettanza della Terra in cinque bande spettrali. Il primo strumento AVHRR era un radiometro a quattro canali, l'ultimo mandato in orbita a sei canali.  L'AVHRR è stato sostituito dal Visible Infrared Imaging Radiometer Suite.
• modelli che vengono ancora prodotti
• caratterizzati dalla necessità del vuoto per funzionare
• Crookes radiometer: è il capostipite poichè il primo ad essere ideato e realizzato. ma per una migliore classificazione sarebbe incorretto porlo all'apice della tassonomia. Oggi viene prodotto soprattutto come oggetto di design. 
• caratterizzati dall'utilizzo di sensori per compiere misure
• Microwave radiometer (MWR): è un radiometro che misura l'energia emessa a lunghezze d'onda da millimetro a centimetro (frequenze di 1–1000 GHz ) note come microonde . I radiometri a microonde sono ricevitori molto sensibili progettati per misurare la radiazione elettromagnetica termica emessa dai gas atmosferici. 
• MEMS radiometer: inventato da Patrick Jankowiak. Si possono quantizzare ed elaborare gli output per determinare il livello di radiazioni.
• NET radiometer:  è un tipo di attinometro (misura potere calorifico radiazione) utilizzato per misurare la radiazione netta sulla superficie terrestre per applicazioni meteorologiche. Il nome net radiometer riflette il fatto che misura la differenza tra radiazioni verso il basso / in entrata e verso l'alto / in uscita dalla Terra. 
• Visible Infrared Imaging Radiometer Suite (VIIRS): è uno dei cinque strumenti chiave a bordo di Suomi National Polar-orbiting Partnership, lanciato il 28 ottobre 2011. VIIRS è un radiometro con scanner a spazzola che raccoglie immagini e misurazioni radiometriche della terra, dell'atmosfera, della criosfera e degli oceani nelle bande visibili e infrarosse dello spettro elettromagnetico .

E' anche possibile una caratterizzazione per ambiti applicativi e lunghezze d'onda rilevate:

#13-la pubblicità

"Chi smette di fare pubblicità per risparmiare soldi è come se fermasse l’orologio per risparmiare il tempo"

-H.Ford

• Nella copia del 25 Aprile 1896 del “Scientific American” compare la pubblicità della neonata e futura multinazionale General Electric.  L’annuncio riporta: “CROOKES TUBES of approved sizes and types. Also Candelabra Decorative and Miniature Lamps and Electric Signs”.
  
• Un paio di spot molto efficaci impressi sulla scatola.
  
  
  
  
  
  
• Una pubblicità moderna di un radiometo di Crookes ideata da "Thinkgeek": grande rivenditore americano in campo informatico. (video)
  
  
  
• Un cortometraggio sponsorizzato da Fase Engineering , azienda attiva nel campo delle energie rinnovabili, mira a sensibilizzare la popolazione sull’utilizzo di fonti rinnovabili come la luce solare che fa funzionare il radiometro. (video)
  
  
  

#11-I costruttori

"I sentieri si costruiscono viaggiando."

-Franz Kafka

• 
  Inizialmente il radiometro veniva prodotto in pochi pezzi e in botteghe artigiane.
  
• La prima testimonianza della produzione del radiometro su piu larga scala ha luogo in una bottega “pioniera nell’industria elettronica britannica”: la Cossor Electronic. La storia di AC Cossor Ltd. iniziò nel 1859 quando la società fu fondata da Alfred Charles Cossor a Clerkenwell , Londra , per produrre articoli in vetro scientifico. L'esperienza dell'azienda nella produzione di vetreria elettrica, come i primi tubi a raggi catodici e tubi a raggi X , ha portato l'azienda a diversificarsi nell'elettronica. Alla fine degli anni '50, Cossor aveva venduto i suoi interessi nell'elettronica di consumo al gigante dell'elettronica Philips. Successivamente, sarebbe avvenuta una fusione con l'americana Raytheon e oggi Cossor fa ancora parte del gruppo americano.
  
• 
  Tra il 1950 e il 1970 sono stati prodotti numerosi esemplari di radiometro in diversi modelli da un’azienda americana: La Windsor Electronics Inc., situata Glen Ellyn Illinois (America). Le uniche informazioni riguardante questa azienda, ormai chiusa, risalgono ad un libro redatto dell’ente americano “small busiess administration” nel Novembre del 1961 intitolato: “A list of small business concerns: Interested in performing research and development”. Nel libro vengono elencate le migliori aziende americane  in campo di innovazione e la Windsor Electronic viene descritta così (p.413): design e produzione macchinari per tubi a raggi catodici e oggetti in vetro.
• 
  Oggi il radiometro di crookes viene prodotto da moltissime aziende come oggetto di design, non più a scopo scientifico. Sui siti di vendita online si trovano centinaia di modelli con forme, dimensioni e materiali diversi prodotti da tantissime aziende diverse (Kikkerland, lichtmuhle e molte altre). Nel mondo uno dei maggiori produttori di radiometri “portatili” ad uso scientifico è la PCE Instruments. Azienda nata nel 1999 in Germania e ora con sedi in tutto il mondo. La storia dell'azienda e ben narrata sul loro sito

Fonti:

• https://ieeexplore.ieee.org/document/5269104
  
• https://books.google.it/books?id=HRj16Ph5NvsC&pg=PA411&lpg=PA411&dq=windsor+electronics+in+glen+ellyn+glass&source=bl&ots=U8_yYMbG9M&sig=ACfU3U2j8zbRGlCh-9ikD_Gs4QRzO4QrqA&hl=it&sa=X&ved=2ahUKEwjYtrDe6tfsAhUNGuwKHQ4BBDYQ6AEwDXoECAUQAg#v=onepage&q=windsor%20electronics%20in%20glen%20ellyn%20glass&f=false
  
• https://www.pce-instruments.com/english/corporate-history-text_105.htm
  
• https://en.wikipedia.org/wiki/A.C._Cossor
  

#10-I libri

“Là dove bruciano i libri finiscono per bruciare anche gli uomini.”

-Heinrich Heine

La storia del radiometro attraverso i libri:

 

•  Pubblicazione su giornale; Crookes affronta per la prima volta il tema dell’attrazione/repulsione risultante dalle radiazioni.                            Crookes.William (11 December 1873). "On Attraction and Repulsion Resulting from Radiation". Philosophical Transactions of the Royal Society of London. 164: 501–527

• Libro, manuale(fonte primaria): Crookes tratta esaustivamente la progettazione, la realizzazione e l’ipotesi sul funzionamento del radiometro.                                                                                        Crookes, William (1876). “The radiometer, an instrument which revolves continuously under the influence of radiation”.  
  
• Libro: Crookes torna a parlare del radiometro e delle sue applicazioni cercanto di  fare un sunto degli studi compiuti nel campo.                                                                                          Crookes, William ( 22 August 1879). “Radiant matter”.
• Articolo: vengono pubblicate molte notizie riguardanti radiometri montati su oggetti spaziali. Una delle notizie piu recenti riguarda MERTIS e il rilevamento di fosfina nell’atmosfera di venere.              Simone Montarsio (15 October 2020), “BepiColombo ha effettuato il primo flyby di Venere”, Astronauti news.