Demonstrace hybnosti fotonu (anebo ne?)

Prezentace na téma: "Demonstrace hybnosti fotonu (anebo ne?)"— Transkript prezentace:

1 Demonstrace hybnosti fotonu (anebo ne?)
Crookesův mlýnek Demonstrace hybnosti fotonu (anebo ne?) Martin Albrecht, Ondřej Ficker, Jiří Vejrosta, Vladislav Větrovec

2 Cíle Sestavení funkčního Crookesova radiometru (CR)
Vysvětlení principu vzniku otáčivých sil Diskuse možností využití CR

3 Schéma prezentace Úvod Historické a fyzikální pozadí
Povaha světla / hybnost fotonu/ kinetická teorie plynů Mlýnky Typy světelných mlýnků – princip otáčení Moderní aplikace Naše řešení + audiovizuální dokumentace Závěr Výsledky Shrnutí + vize do budoucna

4 Teorie o povaze světla Emanační – antika Částicová (Newton)
Vlnová (Huygens, Hook ,…,Fresnel, Young) Kvantová

5 Hybnost fotonu Nulová klidová hmotnost
Umíme určit energii = umíme určit hybnost Tlak záření – suma hybností všech dopadajících fotonů dělená plochou a dobou expozice Solární plachetnice

6 Nicholsův radiometr Složitější a nákladnější konstrukce, nižší tlak
Skutečně měří tlak záření

7 Kinetická teorie plynů
Brownův pohyb Pružné srážky Střední volná dráha molekuly závisí na počtu částic (tlaku) Závislost střední kvadratické rychlosti na teplotě Jev tepelné transpirace

8 Crookesův mlýnek Vedlejší produkt chemických výzkumů Williama Crookese
Není to tak, jak se na první pohled zdá Max. účinnost při tlaku ~1 Pa Záření zahřívá plochy mlýnku (černé více) Vzniká nerovnováha a zbylé molekuly proudí k teplejším černým stranám Střední volné dráhy molekul jsou mnohem větší než při normálním tlaku

9 Feynmanova rohatka Elementární vysvětlení účinnosti tepelného stroje
Bez tepelného spádu (či jiné nesymetrie) nefunkční

10

11 Crookesův mlýnek v nanosvětě
Kovy s dobrou vodivostí (Au) Laserový paprsek nese moment hybnosti Vzniká rezonance mezi fotony a povrchovými vlnami vodivostních elektronů (plasmony) Aplikace – biologie, elektronika, energetika

12 Naše konstrukce 3 verze Lopatky z alobalu umístěné ve staré žárovce, tlak udržován AV ventilkem Plastový mlýnek (bez nádoby ) Alobalový mlýnek (bez nádoby) Tlak snížen dvoustupňovou rotační vývěvou (Fyzikální praktikum)

13 Verze bez nádoby, aparatura

14 „Žárovková verze“

15 A přece se točí

16 Výsledky pokusu Minimální dosažený tlak 50 hPa
Mlýnek se přesto roztočil Čím to bylo způsobeno? Vibrace Proudění vzduchu (vývěva) 2. pokus – mlýnek se neroztočil při žádném z vyzkoušených uspořádání pokusu tlak 30 hPa, příliš velká nádoba

17 Zhodnocení a závěr Nedosáhli jsme dostatečně nízkých tlaků, abychom demonstrovali přímo hybnost fotonu Efekt tepelné transpirace se také prokazatelně neprojevil Co zlepšit - vývěva, konstrukce – vyvážení, izolace stran lopatek, vhodná nádoba Crookesův mlýnek nedemonstruje tlak záření, ale jev tepelné transpirace Oprava článku na české wiki

18 Použitá literatura + odkazy
Feynman ,R. P. Přednášky z fyziky, 1. díl. Praha: Fragment, ISBN Pelant a kol. Fyzikální praktikum III – Optika. Praha: Matfyzpress, ISBN Fuka J., Havleka B. Fyzikální kompendium – Optika a atomová fyzika.Praha: SPN, 1961. ( ) ( ) ( ) ( )

19 Poděkování Panu Ing. Svobodovi CSc. za jeho čas a zapůjčení přístrojů

20 Děkujeme za pozornost.