Radiómetro de Crookes
Radiómetro de Crookes
El radiómetro de Crookes o molinillo de luz (light-mill) es un dispositivo inventado en 1873 por el químico inglés William Crookes. Consiste en cuatro brazos que sostienen cada uno un álabe o placa en sus extremos, pintados de blanco de un lado y de negro del otro. Los cuatro brazos que soportan las placas están suspendidos en una aguja y sostenidos por un eje de vidrio para disminuir en lo posible la fricción. Este molinito se encuentra dentro de una esfera de vidrio sellada y en la que se ha realizado un vacío parcial.
Los álabes rotan al ser expuestos a luz, siendo más rápido el giro cuanto más intensa es la luz incidente. Eso proporciona una medida cuantitativa de la intensidad de la radiación electromagnética. La explicación de la rotación de este dispositivo ha sido históricamente el motivo de mucha controversia científica.
Crookes tuvo la idea a raíz de algunas investigaciones químicas que realizaba. En el curso experimentos químicos que exigían medidas cuantitativas muy precisas, se hallaba pesando muestras en una cámara a vacío parcial, con el objeto de reducir el efecto de las corrientes de aire. De pronto, notó que el valor de las pesadas era perturbado cuando sobre la balanza incidía luz solar. Investigando ese efecto, creó el dispositivo que lleva su nombre. Todavía se fabrican y venden radiómetros de Crookes con propósitos recreativos o didácticos.
Radiómetro de Crookes.
Funcionamiento
El momento de fuerza que genera el sistema de las placas es muy pequeño, ya que tanto la longitud del brazo como la masa de la placa son muy pequeñas, por lo que el eje debe estar muy bien equilibrado y debe tener rozamiento prácticamente nulo para que pueda rotar.
Crookes quería saber si la luz al chocar en una superficie ejercía alguna fuerza, así que pensó que la luz rebotaría en los lados plateados de las placas, mientras que sería absorbida por el lado ennegrecido. Si todo lo que hubiera fuera una pura transferencia de momento entre los fotones incidentes y las placas, tendríamos que las placas girarían de manera que el lado negro fuese delante, puesto que al absorberse ahí los fotones, se tomaría menos cantidad de movimiento o momento que en los lados plateados, donde los fotones son reflejados (rebotan). Pero Crookes se llevó una sorpresa al observar que su radiómetro giraba de manera contraria a lo previsto (el lado negro de las placas se alejaba de la luz).
Originalmente se pensó que el giro era producido por el calentamiento de los lados negros de las placas, pero en posteriores experimentos se comprobó que el radiómetro giraba en sentido opuesto de nuevo (lado negro yendo hacia la luz) si se enfriaba bruscamente. Esto contradecía esa hipótesis original y muchas otras teorías) ya que el lado claro no podía calentarse y producir con ello el giro.
La explicación fue hallada por dos grandes científicos, James Clerk Maxwell y Osborne Reynolds: el efecto real ocurre en los bordes de las paletas.
Básicamente, en el lado caliente, las moléculas del gas se están moviendo con una velocidad media más alta que los gases en el lado frío. Cuando las moléculas calientes golpean el borde de la paleta, en promedio producirán una fuerza en la paleta que está hacia el lado fresco. Puesto que la velocidad media de las moléculas calientes es mayor que la velocidad media de las moléculas frías, habrá una fuerza en la paleta hacia el lado fresco. A este efecto se le llamó 'arrastre térmico'.
En posteriores experimentos más avanzados y con un vacío casi perfecto se logró determinar que la luz sí ejerce una fuerza.
El Crookes Radiometer, Parte 1
Feliz de octubre de amigos! Me disculpo por mi falta de puestos recientemente ... la escuela de graduados ha comenzado para mí, y ha sido muy difícil para mí encontrar cualquier tiempo libre. Voy a intentar escribir rápidamente este post acerca de un aparato impresionante que desconcertado muchas grandes mentes (incluido el mío) -el Crookes Radiómetro .
Un radiómetro Crookes, conocida por algunos como un molino de luz, es un bastante aparato de baja tecnología que consiste en una bombilla con un vacío parcial en el interior (muy pocas partículas de aire dentro de la bombilla en comparación con el aire normal que respiramos) y un grupo de paletas adjunta a un husillo. Fue diseñado por Sir William Crookes en 1873, que estaba haciendo experimentos químicos en un vacío parcial y se dio cuenta el efecto que más tarde construyó este aparato para medir. Ese tipo tenía una barba impresionante. A pesar de la edad de este artilugio, aún se pueden encontrar fácilmente uno para su propia (por lo general estos son sólo elementos utilizados para la novedad y de estimular la mente de los estudiantes graduados jóvenes como yo).
Para entender lo que se supone que el radiómetro para medir, debemos examinar algunas propiedades de la luz. La luz siempre ha sido, y sigue siendo, un fenómeno confuso. Los científicos no entienden realmente lo que la luz es ... a veces actúa como una onda, a veces se comporta como una partícula. Esto ha dado lugar a lo que llamamos la “ onda-partícula dualidad” de la luz, y no deja de ser una representación del hecho de que tenemos más de un modelo de cómo funciona la luz, y ambos explicar ciertos fenómenos y no puede explicar los demás . De hecho, este concepto es tan importante que ayudó a allanar el camino para la formulación de la mecánica cuántica. La propiedad específica de la luz Quiero informarle sobre la presión de radiación es luz.
Imagínese que sostiene un pedazo de papel de construcción negro en el aire (que está tan impresionante que se puede sostener completamente inmóvil), y la luz que brilla en él. Recuerde que si algo es negro, que está absorbiendo la luz que le llega, y por lo que ver una ausencia de color. Así que aquí tienes la luz que brilla en el papel de construcción, y la luz se absorbe por completo. Debido a que la luz tiene el impulso asociado a él (como cuando se está ejecutando abajo de una colina y tiene dificultades para ralentizar), la absorción crea una fuerza sobre el área del papel que se está iluminado (es decir, una presión!). Esto se denomina presión de radiación.
Ahora imagine que usted está sosteniendo el papel de construcción blanco en lugar de negro. Aquí, el papel está reflejando la luz fuera de ella, en lugar de absorberla. En este caso, la luz también crea una presión de radiación, pero debido a la forma en que hemos observado (y modelado) cómo funciona la luz, sabemos que crea dos veces tanta presión en la reflexión de lo que hace al ser absorbido!
Un radiometro en funcionamiento.
Así que ahora, armado con el conocimiento, vamos a volver a nuestro radiómetro. Las paletas sobre el husillo tienen dos lados, una negra y otra blanca. Crookes observó este efecto y quería medirlo, quería hacer brillar la luz (en su día, con el sol, en el nuestro, tal vez con una linterna o láser ) en las paletas y ver cómo se movían. El lado blanco debe reflejar la luz, y el lado negro absorberlo ... para que el cabezal debe girar, con la cara blanca por detrás del negro. Pero al instante se dio cuenta de un problema ... el lado negro perdía el blanco ... se mueve hacia atrás !
No me creen? Pruébelo usted mismo. Los grandes físicos de la época ponderado este rompecabezas, y se tomó un tiempo para ellos para averiguar la respuesta. Voy a explicar la respuesta a este enigma en mi próxima entrada ... por ahora, los reto a todos a pensar en este rompecabezas y tratar de llegar a una respuesta!
Motor Solar Térmica por erikstrahl en solares
Este instructable describe la construcción de un simple motor solar térmica, a partir de materiales de coste comúnmente disponibles, bajos.
Este dispositivo funciona mediante el aprovechamiento de la capacidad de ciertos polímeros (en el caso de bolsas de plástico negro) a encogerse cuando se exponen al calor, y relajarse de vuelta a su longitud original cuando se enfría.
Normalmente, esta contracción se produce en todas las direcciones dentro del material. Sin embargo, el material puede ser estirado, haciendo que sus hebras de polímero a la línea de plano, y directionalizing la contracción.
El motor solar térmica opera mediante el uso de bandas de bolsa de plástico negro estirado para tirar continuamente un volante de inercia fuera de centro a medida que gira sobre un eje. Las tiras son calentadas por la luz solar en un lado de un conjunto de tambor / volante, tirando del volante hacia el lado del sol. Como las tiras giran a la parte posterior, que se enfrían en la sombra del tambor y relajarse. Esto hace que el volante de forma continua fuera del centro en el lado del sol, haciendo que gire.
La siguiente es una lista de los materiales que se necesitan:
1x bolsa de basura de plástico Negro
2x Vasos de espuma de poliestireno
1x 1/8" espiga de madera 12" de largo
1x espuma de poliestireno bandeja congeladora
2x agujas de costura (se olvidó estos en la imagen)
1x yogur plástico (o similares) tapa aprox. . 4" de diámetro
1x cinta Scotch
2x Latas de estaño
herramientas utilizadas:
-hoja de afeitar o cuchillo Xacto
-instrumentos de dibujo compás
-fieltro marcador de punta
-Regla (olvidada esta en la imagen)
-Clasificadores
-Pistola de pegar
Paso 2: Corte de las bolsas
Desplegar una bolsa y dejarla en la superficie de trabajo. Cortar la bolsa en tiras anchas 2-3 pulgadas, la longitud total de la bolsa. Usted no tiene que ser perfecto en hacer los cortes perfectamente rectos, pero debe tratar de no hacer los bordes dentados. Si tiene medidores afilados, puede iniciar un corte, a continuación, deslice hacia arriba la longitud de la bolsa.
Es probable que tenga unos 10-15 tiras de longitud de la bolsa, pero depende de lo cuidadoso que sea al estiramiento del material en el siguiente paso.
Corte cada tira de longitud de la bolsa en secciones 8-12 pulgadas.
Paso 3: Estirado de las bolsas
Agarre una de las tiras entre los dedos y la base del dedo pulgar, Ans muestra en la imagen.
Poco a poco, estirar la tira. Se comenzará a "cuello" en un solo lugar en la tira - el "cuello" A continuación, propagar la longitud de la banda a medida que tira de ella. Ver antes y después de la imagen.
Repetir el proceso con todas sus tiras.
Esto puede sonar muy fácil, pero se necesita práctica. Las tiras con frecuencia se rompen antes de que se hagan tirando, por lo que si no funcionaba en principio, ser paciente y seguir intentando.
Cortar las tiras estiradas en secciones ligeramente más largo que el doble de la longitud de los vasos de plástico, dejando un poco de longitud extra para el error.
NOTA: No exponga las tiras estiradas a la luz solar directa, ya que per se encojan. Sin embargo, si el sol está fuera mientras se está trabajando en este paso, por el que se trate por la que una de las tiras en el sol - verlo encoge!
Paso 4: Haciendo el cilindro 1
Medir el diámetro de uno de los vasos de plástico, y usar su compás para dibujar un círculo de igual tamaño en la bandeja del congelador. Puede trazar el círculo directamente de la taza, pero que hará que sea difícil localizar el centro del círculo, que tendrá que hacer.
Recorta el círculo, y hacer un agujero del tamaño de la espiga en su centro.
Yo uso mi pistola de pegamento para derretir el agujero.
Paso 5: Fabricación del cilindro 2
Hacer un agujero en el centro de uno de los vasos de plástico, y la cola del disco de espuma de poliestireno en su parte inferior. colocar el pasador a través de los dos agujeros y pegar en su lugar. También se puede hacer un pequeño disco de espuma (1" ), y lo coloca en la parte inferior de la copa, pero esto no es realmente necesario.
Hacer una masa suave de pegamento alrededor de la clavija en la parte posterior de la taza. Esto servirá como un pivote para la segunda copa, que debe ser dejada libre a tambalearse sobre su eje. también puede cortar varios discos de espuma de poliestireno de diámetro de 1/2" y colocarlos sobre la espiga en su lugar.
Paso 6: Pegado de las tiras
Hacer un agujero en la parte inferior del segundo vaso de plástico.
Aplicar cola en el labio interior de la taza y coloque el extremo de una de las tiras estiradas en la parte superior. Puede que tenga que dejar que el pegamento caliente se enfríe durante unos segundos para evitar que la tira de fusión, esp. si está utilizando una alta temperatura. pistola.
Repetir el proceso, encolado tiras alrededor del labio de la copa. Dejar un espacio de 1/8" a 1/4" entre las tiras.
Paso 7: Colocación de Copas
Deslizar la taza con las tiras pegadas sobre la espiga. Debe ser capaz de oscilar libremente sobre el pivote. Use cinta adhesiva para centrar el extremo abierto de la copa de la espiga.
Comience a pegar las tiras en el disco de espuma de poliestireno en el otro vaso. Hacen que las tiras se burlan cuando se les pegamento, pero no tire a duro o que se ponga el vaso de oscilación sea fuera del centro.
Continuar con todas las tiras.
Paso 8: Volante de inercia
Corte un agujero 1-2 pulgadas en el centro de la tapa de plástico.
Retire la cinta que se pone en la copa de oscilación para centrarlo y pegar la tapa a su borde, centrándola sobre la espiga. Esto actuará como un volante de inercia.
Un alfiler de costura en cada extremo de la espiga, teniendo cuidado de hacer que se vayan en directo.
Paso 9: Paso final!
Hacer una guía en la periferia de las dos latas (Nota: En el cuadro que se utiliza vasos de espuma en lugar de latas, porque yo no tenía ninguna lata, pero esto no funciona así.)
El resto de los pernos del eje de las muescas de las latas.
A pesar de su motor solar podría estar listo para usar ahora, es una buena idea para equilibrar la prueba por primera vez. Darle un giro. Si se ve como si levantar por un lado, añadir peso (pasadores, pequeñas puntillas, etc) en el lado opuesto hasta que quede equilibrado.
Nota: agregar el peso al disco de espuma de poliestireno atrás, no al volante.
¡Estás listo!
Poner todo el conjunto en el sol - si todo se construye a la derecha, si va a comenzar la rotación. El más equilibrado es, más rápido se va a girar.