光熱轉輪(Radiometer)
照光就會轉。是光壓嗎？是電磁作用嗎？到底是什麼讓它轉？
目的
觀察轉輪旋轉的機制
實驗
封閉玻璃容器的中間支撐一可自由旋轉的轉輪，轉輪由四片葉片組成，葉片的兩面分別為黑色與白色。
- 當光源（傳統檯燈，太陽光，手電筒皆可）照射到轉輪，轉輪會開始轉動。光源移開時，轉輪停止轉動。
×實驗演示
- 使用雷射指示筆或LED燈泡的手電筒直接照射轉輪的葉片時，轉輪不會轉動。
- 用手電筒照射葉片白色那面時，轉輪不會轉。但照到黑色那面時，轉輪就迅速轉動起來。
原理思考
- 如果是光壓？光子打到白色葉片時，動量變化應是打到黑色葉片的兩倍（想一想為什麼？），所以不論照黑色面或白色面，轉輪應該都會轉，而且照白色那面時，應該轉動更快才是。可是這跟觀察三不符？
- 是電磁作用嗎？仔細觀察轉輪的結構，組成的都是元件都是絕緣體，如果是與電磁現象相關，會有產生電流或磁場等裝置，似乎沒有看到？
- 如果照光就會轉，那為什麼照射雷射光時，應該卻一點兒動靜也沒有？（觀察二）
- 難道是光電效應？那使用雷射或LED手電筒不是更好嗎？
- 照黑色與白色有差別？因為黑色容易吸熱，所以造成旋轉的機制與熱有關嗎？
討論
- 玻璃容器內部是一大氣壓？還是真空？抑或是某特殊壓力？
- 不小心打破玻璃容器後，直接照光於轉輪上還會有同樣的結果嗎？
- 玻璃容器內部需要填充特別的氣體嗎？
- 如果葉片不是一面黑一面白，轉輪會轉嗎？
關於實驗
本裝置是由網路購得的玩具，給滿八歲以上的孩童使用，價錢約US＄10左右。但其物理原理卻值得深思。
參考資料
- How does a light-mill work?
- Edmund Scientific: Radiometer
- "The Radiometer and How it Does Not Work" Arther E. Woodruff, The Physics Teacher 6, 358–363 (1968)
- "The radiometer: a 130-year-old mystery", IEEE instrumentation & measurement magazine [1094-6969] Witzel yr:2002 vol:5 iss:3 pg:60
製作
市售
撰稿
朱慶琪
