Radiomètre de Crookes
Toutes ces mesures, assez récentes, plus ou moins corroborées par des simulations numériques, ont permis de consolider une explication générale qui commence à tenir la route, nonobstant quelques irréductibles qui cherchent encore d'autres explications.
Un radiomètre est une machine thermique.
Au moins trois forces sont identifiées, avec des équations plus ou moins compliquées (que vous trouverez dans les divers papiers), à vous de juger, tout est discutable dans les détails, mais je pense que l'on tient les effets de base.
Rappelons ici que la pression de radiation est totalement éliminée, (ou de manière plus politiquement correcte) est très négligeable devant les autres, et en tout cas insuffisante pour contrer les frottements dans un radiomètre normal.
D'autres explications sont régulièrement proposées, généralement elles ne tiennent pas bien la route face aux résultats expérimentaux. Déjà qu'avec les forces "classiques", on a du mal, alors les autres...
Force relative à la surface
C'est le plus simple, c'est d'ailleurs l'idée la plus évidente quand on considère la loi des gaz parfaits : la différence de température entre les deux côtés de la pale provoque une différence de pression, et donc une force.
Pas la peine de se faire des nœuds au cerveau, sauf si on commence à chercher à calculer tout ça et à faire fitter avec les expérimentations. Là, ça devient compliqué, d'ailleurs la force suivante, sur les bords, vient mettre la zone dans ce raisonnement simpliste (et heureusement, sinon ça ne serait pas normal toutes des discussions depuis un siècle et demi...).
Une remarque acerbe pour achever ceux qui ont crû qu'en faisant plein de trous, autrement dit en multipliant les bords, que cela allait mieux marcher (et du coup ont pensé à un brevet) : et bien il faut d'abord avoir de la surface ! Ensuite on doit pouvoir améliorer un poil le rendement en augmentant le périmètre, mais bon, vaut mieux commencer par augmenter la surface...
Force relative aux bords de la surface
Autrement dit, la force calculée par Einstein, qui a montré qu'on avait un surcroit de force sur le périmètre, et en fait moins de forces vers le centre de la surface.
On constate que cet effet de bords dépend beaucoup de la pression, donc la fréquence des collisions des molécules avec les pales (ou le libre parcours moyen, et/ou le nombre de Knudsen) nous sommes en face de phénomènes plus subtils qu'il n'y parait.
L'effet est marqué lorsque la pression augmente, autrement dit, à faible pression (lorsqu'il y a moins de collisions) c'est la surface qui est majoritaire.
Force de cisaillement (transpiration)
Et enfin la force liée à la transpiration, où les molécules se déplace le long d'une paroi présentant un gradient de température. Elle intervient sur l'épaisseur de la pale dans un radiomètre classique.
Cet effet est loin d'être négligeable comme le prouve le radiomètre à pales horizontales (radiomètre de Hettner), où il n'y a pas les forces précédentes, et pourtant, il tourne.
Voilà, vous avez une idée à présent du fonctionnement d'un radiomètre, ou du moins l'explication qui permet de répondre à la majorité des résultats expérimentaux.
Vous trouverez page suivante une bibliographie si vous voulez creuser, et faire votre propre idée en examinant les résultats expérimentaux, et en jugeant les calculs théoriques des chercheurs, s'ils vous convainquent.
Page suivante, vous trouverez une proposition de ma part pour réduire les frottements pour un radiomètre de Crookes, et faire des choses plus rigolotes.