Le radiomètre de CROOKES

CROOKES (sir William) Londres 1832-1919 . Physicien britannique, il a isolé le thallium (1861) et montré que les rayons cathodiques sont des particules électrisées.Pour étudier les rayonnements, il construit le radiomètre (1875) puis "le tube de Crookes", source de rayons X inventé en 1879.

Constitué d'une sphère de verre dans laquelle on a fait un vide partiel, et d'un croisillon monté sur un axe. Ce croisillon est composé de 4 ailettes en mica, avec une face naturelle réfléchissante et une face noircie absorbante.

Utilisé dans les conditions habituelles, le radiomètre est éclairé en lumière blanche. Les ailettes tournent dans le sens tel que les faces noires "poussent".

Explication sommaire :
Les surfaces noires absorbent le rayonnement et s'échauffent plus que les surfaces naturelles qui réfléchissent la lumière.Les molécules du gaz à l'intérieur du radiomètre s'échauffent du coté noir et acquièrent donc une vitesse plus élevée, responsable de la pression cinétique.La pression sur la face noire étant plus forte que la pression sur la face naturelle, le moulin tourne dans le sens trigonométrique (vu de dessus).

Si on éclaire seulement les faces naturelles réfléchissantes (ou une seule) avec une source suffisament puissante et avec un minimum d'infra-rouge, on peut simuler le rayonnement solaire et faire tourner le radiomètre dans l'autre sens.

Le démarrage est un peu poussif, mais après quelques secondes le bon rythme est pris. Chaque photon céde 2 fois sa quantité de mouvement à la surface après réflexion. Ce transfert de quantité de mouvement va permettre la mise en rotation du moulin.

Pour cette expérience, il faut un très bon radiomètre (ici le modèle de chez Pierron). Avec un laser Argon 400mW, l'expérience ne pose aucun problème.



La meilleure solution consiste à fabriquer soi-même le radiomètre. Il suffit de casser délicatement le verre du radiomètre (Nature et Découvertes), de remplacer les ailettes d'origine en mica avec une face noircie au noir de fumée (?) par des ailettes plus grandes. Le bon choix du matériau réfléchissant d'un coté et noirci de l'autre permet enfin de voir l'effet de la pression de radiation.
L'enregistrement vidéo (18secondes pour 590ko, en milliers de couleurs impérativement) montre deux radiomètres dans un enceinte à vide (c'est le nouveau problème!) sous une pression de15micron de Hg .L'enregistrement commence à l'éclairage de la lampe, les deux radiomètres au repos.

Au premier plan (le plus petit et le plus haut) , ce qui reste du radiomètre Nature et Découvertes, il tourne comme d'habitude, à condition que la pression soit inférieure à 300micron de Hg et supérieure à 1micron de Hg. Au second plan, le radiomètre fabrication maison, avec des pales de 4cm2, tourne dans le sens prévu par la pression de radiation, les effets thermiques étant toujours inférieurs à l'effet de la pression de radiation.

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Les radiomètres sont éclairés UNIFORMEMENT par une lampe de 40W et pas sur une seule face brillante comme précédement.
Il me reste à trouver un fabricant de radiometre sur mesure !

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