Radiomètre de Crookes
Octobre 2022

Idée lumineuse

Oui mon petit Maxwell ?
Ben c'est un peu évident ton truc, c'est écrit dessus !
Donc tu connais l'explication. Alors ?
C'est la pression de radiation de la lumière.
Comme les voiles solaires dans l'espace: la lumière pousse les pales de ton radiomètre...
Tu as remarqué dans quel sens ça tourne ?
Le côté noir est repoussé, le côté clair recule.
radiomètre: sens de rotation
La lumière a tendance à être absorbée par le noir, tandis que le côté clair a tendance à renvoyer la lumière.
Et merde... 😬😬
Ça tourne à l'envers 😔
Et oui, du fait de la conservation du moment cinétique, si les photons sont renvoyés, cela fait deux fois plus de poussée côté réfléchissant par rapport au côté sombre.
photon absorbés réfléchis quantité de mouvement
C'est d'ailleurs pour ça que les voiles solaires sont réfléchissantes...
Et ce n'est pas l'unique argument.
Ah oui ?
Si jamais tu casses un radiomètre, ou s'il est simplement fendu, et bien il ne marche plus.
On en déduit qu'il doit y avoir un truc important relatif au fait que l'ampoule soit étanche.
Je parie que la pression est faible pour éliminer autant que possible les frottements !
Oui ... et non
  • Au-dessus de quelques centaines de pascals, il ne se passe rien (la pression atmosphérique normale est de 1000 hPa soit 100 000 pascal)
  • Puis ça commence à tourner, avec un pic aux environs de 1 pascal.
  • Et ça ne tourne plus lorsque la pression est inférieure à 10-4 pascal.
Quand il n'y a plus de molécules d'air à l'intérieur, ça ne tourne plus ?! 😣
Eh oui.
Bon, OK, ça ne peut alors pas être la pression de radiation.

Le laser

Mais j'ai vu des papiers où des gens avaient réussi à faire tourner le radiomètre dans le mauvais sens avec un laser !
Ah là là... je sais, et en plus, ils ne mettent pas en doute leur expérimentation.
picard facepalm

C'est le moment de calculer la poussée provoquée par la pression de radiation, ou de rayonnement par le soleil au niveau de la Terre.

Le résultat, pour un carré de 1 cm2 est de 456 pN.

456 picoNewton: ça n'est pas lourd, mais c'est à mettre en face de la masse des ailettes.
Effectivement, ça nous donnera l'accélération, et on verra si cela a un sens.

Un carré de mica de 1 cm de côté et de 0.1 mm d'épaisseur pour une densité de 3, cela nous fait 1 x 1 x 0.01 x 3 = 30mg

30 mg par pale. Nous avons 4 pales, plus les tiges, allez, je te le fais à 150 mg.
456 picoNewton sur 150 mg, ça nous fait une misérable accélération de 456/150 = 3 µm/s2.
Autrement dit, en l'absence de tout frottement, ça prendrait 25 secondes pour parcourir 1 misérable millimètre.
Jamais ça ne marchera ! 😮
On trouve des gens qui ont effectivement essayé avec un laser.
C'est très optimiste car la puissance du soleil, 1361 W/m2 sur 1 cm2, ça fait quand même 136 mW.
Il faudra donc un laser au moins aussi puissant pour les essais.
Effectivement, on parle de 400 mW, voire de plusieurs watts.
Mais c'est de toutes manières très insuffisant. Il faudrait multiplier au moins par 1000...
Mais pourtant, elle tourne ! 🌍
Eh bien, c'est que ça doit chauffer.

NDLR: on verra plus tard qu'une explication plausible est une machine thermique, avec une différence de température entre les deux faces de l'ordre du degré à quelques degrés.

C'est quoi la masse thermique d'une pale ?
30 mg de mica présentant une capacité calorifique de 837 J/kg/K, ça nous fait une masse thermique de 25 mJ/K
Je veux juste l'ordre de grandeur de l'élévation de température en éclairant à 1 W soit 1 J/s.
En une seconde, ça chauffe de 😕 39 degrés.
Eh bien tu ne me feras pas croire que toute l'énergie du laser, qui interagit avec le mica, est complètement renvoyée.
Et généralement, dans ces essais, ils disent que c'est "poussif", que ça prend du temps à se mettre à tourner.
Tu m'étonnes... 🙄 🙄

Et ce n'est pas le pire.

Souvent, pour ces essais, les chercheurs font exprès de "taper" sur la surface claire, histoire de montrer que ça tourne bien à l'envers. Et ils ne se remettent pas du tout en cause !

Ils pourraient au moins faire exactement le même essai en tapant sur le côté obscur, pour voir si la force est avec eux. Car au minimum, il devrait y avoir une différence notable du fait de l'absorption de la lumière. Et interpréter les résultats obtenus. Enfin, du boulot de chercheur un poil sérieux quoi.

Voici un exemple d'un radiomètre qui tourne avec un laser UV sur YouTube:
https://www.youtube.com/watch?v=CONX3wYEdiY
On remarquera qu'il éclaire la face sombre 😄. Pour que ça chauffe.

On élimine donc TOTALEMENT la pression de radiation de la lumière.

Il se passe autre chose, et cela a certainement à voir avec la température.

Maxwell n'est pas innocent comme nom. Il accepta le papier de Crookes basé sur la pression de radiation -vu que ça allait dans le sens de sa théorie électromagnétique-. Et il en produisit un lui-même.

Un peu après, en 1879, Reynolds proposait une solution liée à la "transpiration thermique" basé le transfert de molécules le long d'un gradient de température, mais comme Maxwell était encore "referee", c'est-à-dire jugeait le papier de Reynolds, il lui suggéra des modifications et le papier ne fut publié qu'en 1881, après la mort de Maxwell...