20041028　ラジオメータ

　先日買ったラジオメータ$${^{*1}}$$を白熱電球の照明$${^{*2}}$$の真下に置くと良く回る。蛍光灯の下ではあまり回らない。

　ラジオメータ$${^{*3}}$$の羽根を回転させる力は、ガラスの中の気体分子が羽根に衝突することに依る。光をあてるとまずラジオメータの中の羽根が温められる。羽根の裏表は白黒に塗り分けられているので、暖まり方が違う。黒い方が温度が上がりやすく、白い方は上がりにくい。ガラスの中の気体分子は激しく動き回っている。気体分子が羽根に当たると羽根は力を受けるが、一定時間に当たる数は裏も表も全く同じなので通常は力が釣り合って羽根は動かない。

　ところが羽根の裏表に温度の差ができると温度の高い方にぶつかった気体分子は、温度が低い方にぶつかった時よりも勢いよく跳ね返る。ぶつかった時に気体分子が熱のエネルギーを受け取るからである。温度が高ければ高いほど勢いが強くなる。気体分子が勢いよく跳ね返れば、それによって羽根は強く押される。黒い面と白い面とで温度が違うので力の偏りができて羽根が回転し出す。回転方向は黒い面が押される方向になる$${^{*4}}$$。

　気体分子は羽根からエネルギーを奪うので、羽根の温度は少し下がる。そのはずである。気体分子が沢山あり過ぎると羽根の裏表の温度ができにくくなるのだろうか。それに気体の粘性によっても回りにくそう$${^{*5}}$$である。ガラスの中の空気の圧力は千分の一から一万分の一気圧$${^{*6}}$$になっているらしい。あまりにも圧力が低すぎると今度は羽を押す気体分子の数が減るのでまた回りにくい。回転羽根が良く回るのに丁度いい圧力$${^{*7}}$$というのがあるらしい。かっては「光の圧力」で回ると考えられた$${^{*8}}$$。

　金属に光をあてると電子が飛び出してくる。これを光電効果$${^{*9}}$$という。羽根を軽い金属で作り、片面は電子が飛びでないように何か塗料などを塗っておけば回り出すような気がする。この時、ガラス管の中の気圧は低ければ低いほどいいはずである。

*1　20041026　科学玩具
*2　20020512　バイオライト
*3　Radiometer　ラジオメーター f-planning, Inc.
*4　Radiometer Lichtmühle Light Mill 22.50 CHF inkl. MWST, Lieferfrist 4, 2　20040716_111718.avi
*5　Howstuffworks "How does a Crookes' radiometer work?"
*6　Crooks Radiometer and Otheoscope
*7　The Radiometer
*8　How does a light-mill work?
*9　Photo-electron (Japanese)