Radyometre - (Güneş Motoru)

Işık değirmeni olarak bilinen Crookes radyometresi, ışık altında kanatları dönebilen, düşük basınçlı gaz içeren bir ampuldür. Genellikle ışık şiddetini nicel olarak ölçmek için kalibre edilmiş bir ölçüm cihazı değildir.

Öğrenme kazanımları

• Emilim ve Yansıma: Öğrenciler farklı yüzeylerin ışığı nasıl emdiğini ve yansıttığını öğrenirler.
• Elektromanyetik Radyasyon: Elektromanyetik radyasyon (örneğin, görünür ışık, kızılötesi radyasyon) kavramını ve onun maddeyle etkileşimini öğretir.
• Isı Transferi: Radyometre, radyasyon yoluyla ısı transferinin nasıl gerçekleştiğini gösterir. Kanatların diferansiyel ısınması, gaz moleküllerinin uyguladığı basınç nedeniyle harekete neden olur.
• Gazların Kinetik Teorisi: Gaz moleküllerinin termal hareketlerinden dolayı yüzeylere basınç uyguladığı gazların kinetik teorisinin pratik bir örneğini sağlar.
• Dönme Hareketi: Radyometrenin kanatlarının dönmesi, dönme hareketinin ilkelerini ve bir nesneye etki eden kuvvetlerin onun dönmesine nasıl neden olabileceğini gösterir.
• Boyutlar: 9 × 14 × 9 cm
• Ağırlık: 0,08 kg

Radyometre, diğer adlarıyla Crookes radyometresi veya ışık değirmeni, ışınım enerjisinin ısınma yoluyla hareket oluşturmasını gösteren bir eğitim aracıdır. “Güneş motoru” adıyla da bilinir.

Kapalı cam haznesinin içinde, düşük sürtünmeyle dönebilen kanatçıklar bulunur. Kanatların bir yüzü siyah, diğer yüzü açık renkli veya parlaktır. Haznenin içindeki havanın büyük bölümü uzaklaştırılmıştır; içeride düşük basınçta az miktarda gaz kalır. Yeterli ışınım aldığında kanatlar dönmeye başlar. Pil veya elektrik bağlantısı gerektirmez.

Ürün; ışığın soğurulmasını, yüzeylerin farklı ısınmasını ve enerji dönüşümünü gözlemlemek için kullanılır. Dönüş hızı nitel karşılaştırmalar sağlar; bu hızdan doğrudan lux veya watt cinsinden ölçüm okunmaz.

Radyometrenin hareketi, siyah ve parlak yüzeylerin ışığı farklı miktarlarda soğurmasına dayanır.

Işık kanatlara ulaştığında siyah yüzeyler daha fazla enerji soğurarak parlak yüzeylerden daha çok ısınır. Böylece kanatların iki yüzü arasında sıcaklık farkı oluşur.

Cam haznenin içinde kalan az miktardaki gaz, bu sıcaklık farkından etkilenir. Özellikle kanatların kenarlarında, sıcak ve serin bölgeler arasındaki gaz hareketleri ve moleküllerin yüzeylerle etkileşimi net bir kuvvet oluşturur. Bu kuvvet, kanatları taşıyan düzeneği döndürür. Mekanizmada ısıl sürünme veya termal transpirasyon olarak adlandırılan gaz hareketleri önemli rol oynar.

Enerji dönüşümü şu şekilde gerçekleşir:

Işınım enerjisi → Isıl enerji → Hareket enerjisi

Dönüşün temel nedeni, sıcaklık farkının düşük basınçlı gazda oluşturduğu kuvvetlerdir. İçerideki gaz, çalışma mekanizmasının önemli bir parçasıdır. Işık azaltıldığında sıcaklık farkı da zamanla azalır ve kanatlar genellikle yavaşlayarak durur.

1. Yerleştirin

Radyometreyi tabanından tutarak düz, sağlam ve sarsıntısız bir yüzeye dik olarak yerleştirin. Cam haznede çatlak veya kırık varsa kullanmayın.

2. Işığa yönlendirin

Ürünü güneş ışığı alan bir konuma yerleştirin veya uygun bir lambayla aydınlatın. Lambanın cama temas etmesini ve haznenin aşırı ısınmasını önleyin. Güneş ışığı ve uygun yapay ışık kaynakları kanatların dönmesini sağlayabilir.

3. Hareketi gözlemleyin

Ürüne dokunmadan bir süre bekleyin. Kanatların harekete başlamasını ve dönüşünü izleyin. Hareket başlatmak için cam hazneye vurmayın veya ürünü sallamayın.

4. Işığı azaltarak karşılaştırın

Işık kaynağı ile radyometre arasına, cama ve sıcak lambaya değmeyecek şekilde opak bir karton yerleştirin. Kanatların dönüşündeki değişimi gözlemleyin. Kartonu kaldırıp yeniden karşılaştırın.

Karşılaştırma sırasında aynı ışık kaynağını ve aynı yerleşimi kullanın; yalnızca ışığın önünü kapatıp açın.

5. Dönmüyorsa ışık koşullarını değerlendirin

Her ışık kaynağı aynı etkiyi oluşturmaz. Bazı LED lambalar veya telefon fenerleri, kanatlarda dönmeyi başlatacak sıcaklık farkını oluşturamayabilir. Böyle bir durumda ürünü sallamak yerine güneş ışığıyla yeniden gözlem yapın.

6. Kullanım sonrasında saklayın

Lambayı kapatın veya ürünü gölgeye alın. Isınmışsa soğumasını bekleyin. Dış yüzeyini yumuşak, kuru bir bezle silerek darbelerden korunacağı bir yerde saklayın.

Güvenli kullanım

• Cam hazneyi dikkatli taşıyın; çocuklar yetişkin gözetiminde kullanmalıdır.
• Ürünü açmaya, delmeye veya içindeki kanatlara müdahale etmeye çalışmayın.
• Alev, kaynar su, ocak veya ani sıcaklık değişimleriyle deneme yapmayın.
• Kırılmış ürünü kullanmayın; cam parçalarını çocuklardan uzak tutun. Cam haznenin kırılması yaralanmaya neden olabilir.