輻射計?(Radiometer)

輻射計?(Radiometer)

目的

觀察轉輪旋轉的機制

 

實驗

實驗裝置:封閉玻璃容器的中間支撐一可自由旋轉的轉輪,轉輪由四片葉片組成,葉片的兩面分別為黑色與白色。依序用手電筒(incandescent lamp)、LED(Light-emitting diode)、紅光雷射筆、綠光雷射筆照射轉輪的黑色葉片與白色葉片。觀察轉輪是否轉動。

 

原理思考

1.如果是光壓?光子打到白色葉片時,動量變化應是打到黑色葉片的兩倍(想一想為什麼?),所以不論照黑色面或白色面,轉輪應該都會轉,而且照白色那面時,應該轉動更快才是。可是這跟觀察三不符?

2.是電磁作用嗎?仔細觀察轉輪的結構,組成的都是元件都是絕緣體,如果是與電磁現象相關,會有產生電流或磁場等裝置,似乎沒有看到?

3.如果照光就會轉,那為什麼照射雷射光時,應該卻一點兒動靜也沒有?(觀察二)

4.難道是光電效應?那使用雷射或LED手電筒不是更好嗎?

5.照黑色與白色有差別?因為黑色容易吸熱,所以造成旋轉的機制與熱有關嗎?

 

 

討論

1.玻璃容器內部是一大氣壓?還是真空?抑或是某特殊壓力?

2.不小心打破玻璃容器後,直接照光於轉輪上還會有同樣的結果嗎?

3.玻璃容器內部需要填充特別的氣體嗎?

4.如果葉片不是一面黑一面白,轉輪會轉嗎?

 

關於實驗

本裝置是由網路購得的玩具,給滿八歲以上的孩童使用,價錢約US$10左右。但其物理原理卻值得深思。

 

參考資料

"How does a light-mill work?"

"Edmund Scientific: Radiometer"

“The Radiometer and How it Does Not Work"Arther E. Woodruff  The Physics Teacher 6, 358–363 (1968) 

"The radiometer: a 130-year-old mystery" IEEE instrumentation & measurement magazine (1094-6969) Witzel yr:2002 vol:5 iss:3 pg:60

 

製作

市售

 

撰稿

朱慶琪