Radiometer

2015-09-25T16:23:24+01:00

William Crookes (1832-1919) was een Engelse natuur- en scheikundige. Was korte tijd werkzaam op het Radcliffe-observatorium in Oxford (1854-1856). Zijn werkterrein betrof de spectroscopie en stralingstheorie. Hij ontdekte het element thallium (1861), construeerde een stralingsmeter die hieronder behandeld wordt, bestaande uit ronddraaiende vaantjes (1874) en ontdekte de scintillatiewerking, het opwekken van lichtflitsjes, van de alfa-straling. Onder de Crookes-buis verstaat men de vacuümbuis voor het opwekken van kathodestralen. De radiometer van Crookes, zoals in de handel verkrijgbaar bij ir. W.V. Struik (ACIN instrumenten, Den Haag), meet geen geluid maar warmte- en zonnestraling. In de glazen bol, zie afbeelding, heerst een lage druk. Door het ontvangen van zonnestraling gaat de molen draaien. De rotor is aan één zijde dubbelzijdig zwart en aan de andere kant spiegelend gefabriceerd. De twee zijden zijn bovendien thermisch van elkaar geïsoleerd. Uit het elektromagnetisme is het verschijnsel stralingsdruk bekend. Fotonen of lichtdeeltjes hebben een zekere impuls en oefenen een druk uit op een vlak. Als voorbeeld nemen we een straling van 180 w/m2 (vanaf 120 w/m2 is er sprake van zonneschijn). We kiezen de golflengte L= 650 NM. De energie per foton is dan E= HF= 3,05*10^-19J met H als constante van Planck en F de frequentie in Hz. Volgens Einstein kan de energie ook geschreven worden als E=MC^2. De impuls P per foton is dan P= E/C= 1,014*10^-27 kg m/s. Het aantal fotonen dat per seconde een oppervlak van 1m^2 raakt is het aantal in het volume 3*10^9 m^3. Dit zijn dan 180/3,05*10^-19= 5,9*10^20 fotonen. De druk P uitgeoefend door de straling is de totale impulsmutatie per seconde per oppervlakte eenheid wat betekent dat P= 5,9*10^20*1,014*10^-27= 5,98*10^-27= 5,98*10^-7 PA. Deze druk geldt voor de druk op de zwarte rotor, omdat het foton daar aangetrokken wordt door de kleur. Voor het spiegelende oppervlak is de druk tweemaal de hierboven berekende waarde, omdat de impuls MC voor de botsing wordt omgezet in –MC na de botsing omdat het foton niet wordt aangetrokken door de kleur. Het drukverschil tussen het zwarte en spiegelende oppervlak is dan 5,98*10^-7 PA. De spiegelende rotor zal dus van de zon af bewegen bij de gekozen frequentie volgens de theorie en de zwarte naar de zon toe bewegen. Help, dit blijkt niet het geval!!! In de radiometer bewegen beide zwarte zijden juist van de zon af. Er is dus een ander, tegengesteld en sterker effect dan de kleur. De straling warmt de zwarte zijden meer op dan het spiegelende vlak. Hoewel het gas in de bol van lage druk is, is er wel degelijk gas aanwezig. Het gas langs het zwarte vlak wordt meer opgewarmd dan het gas langs de spiegelende zijde. Het gas aan de zwarte zijde is dus van een hogere temperatuur en blijft dus ook van hogere temperatuur vanwege de thermische isolatie. Een gas van hogere temperatuur oefent een grotere druk uit zodat de zwarte zijden van de zon af bewegen. Nu de radiometer van drs. F.N. Heinsius; enen nieuwen meter!!! Kies voor de kleuren zwart en lichtblauw, zoals met de kleur van de google internetprovider Explorer. Laatstgenoemde wordt gebruikt voor koeling door de Toeareg, het nomadenvolk in de Afrikaanse woestijn. Dit zal de rotor aanzienlijk versnellen (1,5x) in een nieuw type radiometer. Niet de kleur zilver van het gespiegelde vlak, maar het lichtblauw vormt de tegenovergestelde kleur. Zie hieronder het ontwerp.