Warum dreht sich die Lichtmühle / Wie funktioniert ein Radiometer

Summary

In diesem Kurzfilm wird die Funktionsweise des Radiometers erklärt, einem Gerät, mit dem man Strahlung messen kann. Der Film führt die Entwicklung dieses Instruments durch Physiker des 19. Jahrhunderts vor und erklärt, wie Licht und Wärmeenergie die Bewegung eines Flügelrads innerhalb einer evakuierten Glaskugel beeinflussen. Dabei wird erläutert, wie durch die unterschiedliche Absorption von Lichtenergie auf der schwarzen und reflektierenden Seite des Flügelrads ein Druckunterschied entsteht, der die Drehung des Rades verursacht. Der Film thematisiert sowohl die historische als auch die physikalische Bedeutung dieses Geräts.

Takeaways

• 😀 Der Radiometer misst Licht- und Infrarotstrahlung, indem er die Wechselwirkung von Licht mit einer schwarzen und reflektierenden Oberfläche nutzt, um eine Drehbewegung zu erzeugen.
• 😀 Die Geschichte des Radiometers geht zurück auf das 19. Jahrhundert, als Physiker wie Fressen und Kux die Auswirkungen von Licht auf festkörperliche Objekte untersuchten.
• 😀 Fressen entdeckte 1826, dass Licht festkörperliche Objekte in Bewegung setzen kann, was die Grundlage für die Entwicklung des Radiometers bildete.
• 😀 Kux beobachtete 1873, dass bei Messungen im Vakuum Objekte durch Wärmeänderungen beeinflusst wurden, was seine späteren Experimente mit dem Radiometer beeinflusste.
• 😀 Das Radiometer funktioniert durch das Absorbieren von Lichtenergie auf einer schwarzen Fläche, wodurch sich diese erwärmt und Luftmoleküle in Bewegung setzt, die die Drehbewegung auslösen.
• 😀 Der Unterschied zwischen der schwarzen und der reflektierenden Seite des Flügelrads erzeugt einen Druckunterschied, der die Drehbewegung des Radiometers verursacht.
• 😀 Die Energieübertragung durch Licht ist so gering, dass sie in einem gewöhnlichen Radiometer ohne minimale Reibung nicht ausreicht, um eine signifikante Rotation zu erzeugen.
• 😀 Für eine effiziente Rotation ist es wichtig, dass das Radiometer in einem nahezu luftleeren Raum betrieben wird, da Luftmoleküle die Drehbewegung verstärken.
• 😀 Der Unterschied zwischen Lichtstrahlung und Wärmestrahlung wird im Video hervorgehoben, wobei beide als elektromagnetische Wellen von Physikern betrachtet werden.
• 😀 Der Radiometer kann als wissenschaftliches Instrument zur Messung der Lichtintensität und zur Untersuchung der physikalischen Eigenschaften von Strahlung verwendet werden.

Q & A

Was ist ein Radiometer und wie funktioniert es?

Ein Radiometer ist ein Gerät, das zur Messung von Strahlung verwendet wird, insbesondere Licht- und Infrarotstrahlung. Es funktioniert, indem es die Energie, die von Licht auf die schwarzen und reflektierenden Flächen eines Flügelrads übertragen wird, nutzt, um eine Drehbewegung zu erzeugen. Der Unterschied im Druck zwischen den verschiedenen Seiten des Flügels führt zur Rotation des Rads.

Warum wird der Begriff 'Radiometer' verwendet, wenn das Gerät nichts mit Radio oder Rundfunk zu tun hat?

Der Begriff 'Radiometer' stammt von 'Radiation' (Strahlung), da das Gerät Strahlung misst. Obwohl der Name den Eindruck erwecken könnte, dass es mit Radio zu tun hat, bezieht er sich tatsächlich auf die Messung von Licht- und Infrarotstrahlung.

Welche historische Entwicklung führte zur Entstehung des Radiometers?

Im 19. Jahrhundert beschäftigten sich Physiker mit der Frage, wie Lichtkörper in Bewegung setzen könnte. Im Jahr 1826 entdeckte der Physiker Fessen, dass feste Körper durch Licht bestrahlt in Bewegung gesetzt werden können. Dies führte später zu der Entwicklung des Radiometers.

Wie war die Funktionsweise des ersten Radiometers, das im 19. Jahrhundert gebaut wurde?

Das erste Radiometer wurde von Kux im Jahr 1873 konstruiert. Es war ein lichtempfindliches Flügelrad in einer evakuierten Glaskugel, bei dem das Licht auf verschiedene Flächen traf und aufgrund des Temperaturunterschieds eine Drehbewegung erzeugte.

Warum bewegt sich das Flügelrad des Radiometers?

Das Flügelrad bewegt sich aufgrund eines Druckunterschieds zwischen der schwarzen und der reflektierenden Seite des Flügels. Die schwarze Seite absorbiert Licht und erwärmt sich, während die reflektierende Seite kühler bleibt. Der Druck auf die schwarzen Seiten ist daher höher, was die Drehbewegung des Rads verursacht.

Was ist der Unterschied zwischen der schwarzen und der reflektierenden Seite der Flügelblätter im Radiometer?

Die schwarze Seite des Flügels absorbiert Licht und wird dadurch erhitzt, während die reflektierende Seite das Licht zurückwirft und dadurch kühler bleibt. Dies führt zu einem Druckunterschied, der die Drehung des Flügels antreibt.

Welche Rolle spielen die Luftmoleküle im Inneren der Glaskugel des Radiometers?

Die wenigen Luftmoleküle, die sich noch im Inneren der evakuierten Glaskugel befinden, bewegen sich und treffen auf die Flügel des Radiometers. Dies erhöht den Druck auf der schwarzen Seite des Flügels und trägt so zur Drehbewegung des Rads bei.

Warum ist die Reibung im Radiometer so wichtig für seine Funktionsweise?

Die Reibung muss minimal sein, um eine deutliche Drehbewegung zu ermöglichen. Wenn die Lager zu viel Reibung verursachen, kann das Flügelrad nicht effektiv drehen, selbst wenn Lichtenergie auf das Gerät trifft.

Was passiert, wenn man die Lichtintensität des Radiometers erhöht?

Wenn die Lichtintensität erhöht wird, also mehr Lichtenergie pro Zeiteinheit auf das Radiometer trifft, dreht sich das Flügelrad schneller. Dies zeigt die direkte Beziehung zwischen Lichtenergie und Drehgeschwindigkeit.

Warum spielt Wärmestrahlung eine Rolle in der Funktionsweise des Radiometers?

Wärmestrahlung trägt ebenfalls zur Drehung des Radiometers bei, weil sie, wie Lichtstrahlung, Energie auf die Flügel des Rads überträgt. Physiker unterscheiden jedoch nicht zwischen Lichtstrahlung und Wärmestrahlung, da beide Formen elektromagnetische Wellen sind.