Radiometro di Crookes

Quando il radiometro viene esposto alla luce (o a un'altra fonte di energia radiante), le pale iniziano a girare. Questo fenomeno è causato dalla differenza di energia termica assorbita tra il lato chiaro e quello scuro delle pale, che genera un movimento dovuto all'interazione con le molecole del gas circostante.

Il radiometro di Crookes è spesso utilizzato per dimostrare l'effetto della luce e del calore, anche se il meccanismo preciso del suo funzionamento può essere spiegato con leggi più avanzate della termodinamica e della dinamica dei gas.

Obiettivo

Gli studenti costruiranno un radiometro di Crookes e comprenderanno i principi della conversione dell'energia luminosa e termica, nonché il comportamento dei gas in un vuoto.

Materiali Necessari

• Barattolo di vetro con coperchio

• Piccole vane in alluminio o metallo leggero (4 pezzi)

• Un piccolo bastoncino sottile (per il perno)

• Pompa per vuoto (se disponibile) o un setup in un barattolo sigillato

• Fonte di calore (come una lampada con una lampadina ad incandescenza)

• Righello

• Pennarello

• Cronometro

• Occhiali di sicurezza

• Camice da laboratorio o grembiule

Precauzioni di Sicurezza

• Indossare sempre occhiali di sicurezza e camici da laboratorio per proteggere da rotture di vetro e esposizione al calore.

• Assicurarsi che la fonte di calore sia stabile e monitorata per evitare scottature o incendi.

• Maneggiare i barattoli di vetro con cura per prevenire tagli.

• Seguire le linee guida di sicurezza della scuola quando si utilizza la pompa per vuoto.

Procedura

1. Preparare le Vane:

   • Tagliare l'alluminio o il metallo in quattro pezzi di dimensioni uguali. Ogni pezzo dovrebbe avere una forma simile a quella di una piccola paletta, di circa 5 cm di lunghezza e 2 cm di larghezza.

   • Usare il pennarello per colorare un lato di ogni vane di nero e lasciare l'altro lato d'argento.

2. Assemblare il Radiometro:

   • Inserire il bastoncino al centro del coperchio del barattolo, assicurandosi che possa girare liberamente.

   • Attaccare le vane al bastoncino in modo che siano equamente distanziate attorno al bastoncino. Fissarle in modo che possano ruotare ma non siano troppo strette.

3. Creare un Vuoto (se applicabile):

   • Se si utilizza una pompa per vuoto, posizionare il radiometro assemblato all'interno del barattolo e utilizzare la pompa per rimuovere l'aria dal barattolo. Sigillare il barattolo ermeticamente.

   • Se non è disponibile una pompa per vuoto, assicurarsi che il barattolo sia sigillato ermeticamente.

4. Condurre l'Esperimento:

   • Posizionare il radiometro di fronte a una fonte di calore (come una lampada). Assicurarsi che i lati neri delle vane siano rivolti verso la luce.

   • Osservare il movimento delle vane. Avviare il cronometro e annotare quanto tempo impiega a iniziare a girare.

5. Registrare le Osservazioni:

   • Prendere nota della direzione della rotazione e di quanto velocemente gira. Registrare la temperatura dell'ambiente e la distanza dalla fonte di calore.

6. Riflettere e Analizzare:

   • Dopo aver osservato per un tempo stabilito (ad esempio, 5 minuti), spegnere la fonte di calore e lasciare raffreddare il radiometro.

   • Riflettere sulle seguenti domande:

     • Cosa hai osservato riguardo al movimento delle vane?

     • Perché pensi che il lato nero delle vane giri più velocemente del lato d'argento?

     • Come si relaziona questo ai concetti di trasferimento di energia e temperatura?

Valutazione

• Scrivere un breve paragrafo che spiega come funziona il radiometro di Crookes, includendo il ruolo della luce e del calore.

• Rispondere dettagliatamente alle domande di riflessione.

• Creare un diagramma della configurazione del radiometro e etichettare le sue parti.