Radiomètre de Crookes
Si ce n'est pas la pression de radiation, c'est probablement une histoire thermique, d'ailleurs quelques expériences vont nous le montrer.
Voici quelques résultats d'expériences assez intéressants, vous pouvez d'ailleurs le faire vous-même pour vous convaincre.
La première remarque à deux balles est : forcément que de l'énergie traverse la bulle en verre (conservation de l'énergie, un truc très basique). Mais quoi ?
Radiations infrarouges
Un radiomètre se met à tourner au soleil, ça on le sait. Mais le spectre du soleil est assez étendu, et sa puissance est importante. On peut se demander si certaines longueurs d'onde ne sont pas meilleures que d'autres. Il suffit d'essayer !
Ça tourne avec une ampoule à incandescence :
Mais ça ne tourne pas avec une ampoule LED, qui pourtant éclaire pareil à l'ampoule à incandescence, du moins dans le visible. Et d'ailleurs, ça ne tourne pas non plus ni avec un néon, ni avec une lampe UV.
Ceci devrait vous mettre la puce à l'oreille : c'est probablement les infrarouges qui sont responsables. Du coup, on peut essayer avec des sources infrarouges notoires : un four, un briquet ou ... un fer à repasser. On ne pourra pas dire que le fer à repasser éclaire dans le visible ! Ou alors réduisez la puissance de votre fer 😄
Ça tourne avec un fer à repasser, aussi un briquet ou devant un four. Donc on est très probablement en face d'une machine thermique.
Évidemment, on pourrait se dire que ça ne tourne pas parce que la puissance lumineuse est trop faible. Enfin, quand on voit que ça tourne avec un fer à repasser ou un briquet, la puissance émise n'est pas extraordinaire... Il est probable qu'en "mettant le paquet", on finira par avoir un effet, et c'est le cas avec les lasers, par exemple en UV.
Mais il existe une expérience qui va vous achever.
Essayez avec une bombe à froid.
Et oui, ça tourne à l'envers quand on refroidit le verre du radiomètre.
Et ça, ça retourne le cerveau 😁
Cette fois, non seulement il n'y a pas de lumière, donc on a affaire avec du rayonnement thermique uniquement. Le verre est froid, plus froid que les pales (on vient juste de refroidir, donc on est hors équilibre thermique), et donc le verre a tendance à absorber les infrarouges émis de l'intérieur, par rayonnement.
N'oubliez pas qu'on sait que l'on est dans un vide assez poussé (mais pas complètement vide), et donc nous avons peu de molécules à l'intérieur du radiomètre. La conductivité thermique sera donc négligeable (on verra plus tard les concentrations en molécules). On en conclut que nous avons affaire quasiment uniquement à du rayonnement.
Cas où on chauffe
La face noircie absorbe plus le rayonnement que la face claire plus réfléchissante, et donc on peut raisonnablement déduire que le côté noir est plus chaud que le côté clair (et par conséquent, un gradient de température va exister dans l'épaisseur de la plaque de mica).
Cas où on refroidit
Il faut connaitre l'émissivité (ou l'émittance) de chaque face. Plus l'émissivité est élevée, plus la face pourra émettre du rayonnement, de l'énergie, et refroidir. Le corps noir est le corps dont l'émissivité est maximale : on en déduit donc que c'est celui qui doit émettre le plus de rayonnement, et donc refroidir le plus vite. Il devrait donc être plus froid que le côté clair.
On se retrouve alors dans la situation inverse du cas où on chauffe. Et finalement, le radiomètre tourne à l'envers. Ouf. 😥
Conclusion : nous avons affaire à une machine thermique: le radiomètre tourne en corrélation avec le fait qu'une face est plus froide que l'autre.
Mais cela ne nous donne pas le mécanisme de base : pourquoi ça tourne ? Pour que ça tourne, il faut exercer une force plus importante du côté chaud que du côté froid, mais d'où proviennent ces forces ?