Crookesv mlnek Demonstrace hybnosti fotonu anebo ne Martin

Crookesův mlýnek Demonstrace hybnosti fotonu (anebo ne? ) Martin Albrecht, Ondřej Ficker, Jiří Vejrosta, Vladislav Větrovec

Cíle • Sestavení funkčního Crookesova radiometru (CR) • Vysvětlení principu vzniku otáčivých sil • Diskuse možností využití CR

Schéma prezentace Úvod Mlýnky Závěr • Historické a fyzikální pozadí • Povaha světla / hybnost fotonu/ kinetická teorie plynů • Typy světelných mlýnků – princip otáčení • Moderní aplikace • Naše řešení + audiovizuální dokumentace • Výsledky • Shrnutí + vize do budoucna

Teorie o povaze světla • Emanační – antika • Částicová (Newton) • Vlnová (Huygens, Hook , …, Fresnel, Young) • Kvantová

Hybnost fotonu • Nulová klidová hmotnost • Umíme určit energii = umíme určit hybnost • Tlak záření – suma hybností všech dopadajících fotonů dělená plochou a dobou expozice • Solární plachetnice

Nicholsův radiometr • Složitější a nákladnější konstrukce, nižší tlak • Skutečně měří tlak záření

Kinetická teorie plynů • Brownův pohyb • Pružné srážky • Střední volná dráha molekuly závisí na počtu částic (tlaku) • Závislost střední kvadratické rychlosti na teplotě • Jev tepelné transpirace

Crookesův mlýnek • Vedlejší produkt chemických výzkumů Williama Crookese • Není to tak, jak se na první pohled zdá • Max. účinnost při tlaku ~1 Pa • Záření zahřívá plochy mlýnku (černé více) • Vzniká nerovnováha a zbylé molekuly proudí k teplejším černým stranám • Střední volné dráhy molekul jsou mnohem větší než při normálním tlaku

Feynmanova rohatka • Elementární vysvětlení účinnosti tepelného stroje • Bez tepelného spádu (či jiné nesymetrie) nefunkční

Crookesův mlýnek v nanosvětě • Kovy s dobrou vodivostí (Au) • Laserový paprsek nese moment hybnosti • Vzniká rezonance mezi fotony a povrchovými vlnami vodivostních elektronů (plasmony) • Aplikace – biologie, elektronika, energetika

Naše konstrukce • 3 verze – Lopatky z alobalu umístěné ve staré žárovce, tlak udržován AV ventilkem – Plastový mlýnek (bez nádoby ) – Alobalový mlýnek (bez nádoby) • Tlak snížen dvoustupňovou rotační vývěvou (Fyzikální praktikum)

Verze bez nádoby, aparatura

„Žárovková verze“

A přece se točí

Výsledky pokusu • Minimální dosažený tlak 50 h. Pa • Mlýnek se přesto roztočil • Čím to bylo způsobeno? – Vibrace – Proudění vzduchu (vývěva) • 2. pokus – mlýnek se neroztočil při žádném z vyzkoušených uspořádání pokusu – tlak 30 h. Pa, příliš velká nádoba

Zhodnocení a závěr • Nedosáhli jsme dostatečně nízkých tlaků, abychom demonstrovali přímo hybnost fotonu • Efekt tepelné transpirace se také prokazatelně neprojevil • Co zlepšit - vývěva, konstrukce – vyvážení, izolace stran lopatek, vhodná nádoba • Crookesův mlýnek nedemonstruje tlak záření, ale jev tepelné transpirace – Oprava článku na české wiki

Použitá literatura + odkazy • Feynman , R. P. Přednášky z fyziky, 1. díl. Praha: Fragment, 2000. ISBN 978 -80 -7200 -405 -8. • Pelant a kol. Fyzikální praktikum III – Optika. Praha: Matfyzpress, 2001. ISBN 80 -85863 -72 -3. • Fuka J. , Havleka B. Fyzikální kompendium – Optika a atomová fyzika. Praha: SPN, 1961. • http: //en. wikipedia. org/wiki/Crookes_radiometer (9. 10. 2010) • http: //www. knowledgerush. com/kr/encyclopedia/Crookes_Radiom eter/ (10. 2010) • http: //gregegan. customer. netspace. net. au/SCIENCE/Light. Mill/Light Mill. html (10. 2010) • http: //www. physorg. com/news 197555841. html (11. 10. 2010)

Poděkování • Panu Ing. Svobodovi CSc. za jeho čas a zapůjčení přístrojů

Děkujeme za pozornost.