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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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)

Verze bez nádoby, aparatura

„Žárovková verze“

A přece se točí

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

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

Použitá literatura + odkazy Feynman ,R. P. Přednášky z fyziky, 1. díl. Praha: Fragment, 2000. ISBN 978-80-7200-405-8. Pelant a kol. Fyzikální praktikum III – Optika. Praha: Matfyzpress, 2001. ISBN 80-85863-72-3. Fuka J., Havleka B. Fyzikální kompendium – Optika a atomová fyzika.Praha: SPN, 1961. http://en.wikipedia.org/wiki/Crookes_radiometer (9. 10. 2010) http://www.knowledgerush.com/kr/encyclopedia/Crookes_Radiometer/ (10. 10. 2010) http://gregegan.customer.netspace.net.au/SCIENCE/LightMill/LightMill.html (10. 10. 2010) http://www.physorg.com/news197555841.html (11. 10. 2010)

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

Děkujeme za pozornost.