操作步驟:
先使用可聚光LED手電筒,集中燈光照射光磨坊中的白色葉片,看看光照是否會讓葉片轉動?往哪個方向轉動?
再使用可聚光LED手電筒,集中燈光照射光磨坊中的黑色葉片,看看光照是否會讓葉片轉動?往哪個方向轉動?觀察葉片轉速是否變快?
把光源換成陽光或60W的白熾燈泡,觀察葉片轉速是否變得更快?
原理說明:
光磨坊,又名庫克斯輻射計(Crookes Radiometer) ,俗稱太陽風車,由英國物理學家、化學家庫克斯(William Crookes, 1832-1919)發明。
輻射計由一個玻璃燈泡製成,抽去大部分空氣形成部分真空。 燈泡內部,在低摩擦的主軸上,安裝數個(通常為四個)垂直的輕質金屬葉片轉子,圍繞軸線均勻間隔。所有葉片一側是拋光或白色的,另一側是黑色的。
造成光磨坊葉片轉動的說法,有多位知名的物理學家都曾提出解釋,但目前最為大眾所接受的解說是在1879年由奧斯本.雷諾茲(Osborne Reynolds)所提出的熱蒸騰效應。光磨坊中的黑色葉面會吸收比較多光或紅外線的熱能,讓黑色葉面溫度增高,進而使其周遭的氣體溫度升高;白色葉面比較不吸熱,所以白色葉面溫度的增加相對的較小,進而使其周遭氣體溫度的增加較少。所以光磨坊放在陽光或白熾燈泡之下,其中黑色葉面會成為熱葉面,白色葉面會成為冷葉面,參考右圖。
葉面邊緣,靠近熱葉面的熱空氣分子撞擊葉面側緣的力會大於靠近冷葉面的冷空氣分子的撞擊力,進而帶動葉面的轉動。