{"id":129325,"date":"2020-01-30T14:16:15","date_gmt":"2020-01-30T13:16:15","guid":{"rendered":"http:\/\/clubcomputer.at\/?p=129325"},"modified":"2020-02-05T00:14:03","modified_gmt":"2020-02-04T23:14:03","slug":"lichtmuehle-radiometer","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/clubcomputer.at\/2020\/01\/30\/lichtmuehle-radiometer\/","title":{"rendered":"Lichtm\u00fchle (Radiometer)"},"content":{"rendered":"\n<p>Was eine Lichtm\u00fchle ist, zeigt das folgende Bild:<\/p>\n\n\n\n<figure class=\"wp-block-image size-large\"><img decoding=\"async\" width=\"640\" height=\"480\" src=\"http:\/\/clubcomputer.at\/wp-content\/uploads\/sites\/6\/2020\/01\/Radiometer_9965_Nevit.gif\" alt=\"\" class=\"wp-image-129326\"\/><\/figure>\n\n\n\n<p>Eine Lichtm\u00fchle, die man als Ziergegenstand in der Wohnung aufstellt, beginnt sich bei st\u00e4rkerem Tageslicht geheimnisvoll zu drehen, immer in derselben Richtung.<\/p>\n\n\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\">Fragen<\/h2>\n\n\n\n<p>Die Fragen, die man sich dabei stellen kann, sind:<\/p>\n\n\n\n<ul class=\"wp-block-list\"><li>Wie ist eine solche Lichtm\u00fchle aufgebaut?<\/li><li>Welche Energie treibt das Fl\u00fcgelrad an?<\/li><li>Welcher Luftdruck muss in dem Glaskolben eingestellt sein?<\/li><li>Farbe der Fl\u00fcgelradfl\u00e4chen?<\/li><li>Warum ist der englische Name \u201eRadiometer\u201c der bessere?<\/li><li>Wer hat\u2018s erfunden?<\/li><li>Kann sich die M\u00fchle auch in der Gegenrichtung drehen?<\/li><\/ul>\n\n\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\">Versuche<\/h2>\n\n\n\n<p>Bevor wir uns den Antworten n\u00e4hern, wollen wir einige Versuche mit verschiedenen Strahlungsquellen durchf\u00fchren, Alle hier gezeigten Strahlungsquellen versetzen die Fl\u00fcgelr\u00e4der der Lichtm\u00fchle in Drehung. <\/p>\n\n\n\n<ul class=\"wp-block-list\"><li>Handy<\/li><li>Infrarot-Taschenlampe<\/li><li>UV-Taschenlampe<\/li><li>Taschenlampe<\/li><li>Laser-Pointer<\/li><li>Infrarot-Strahler<\/li><li>UV-Lampe<\/li><li>K\u00fchlbox<\/li><li>Mikrowellen-Herd <\/li><\/ul>\n\n\n\n<figure class=\"wp-block-gallery aligncenter columns-1 is-cropped wp-block-gallery-2 is-layout-flex wp-block-gallery-is-layout-flex\"><ul class=\"blocks-gallery-grid\"><li class=\"blocks-gallery-item\"><figure><a href=\"http:\/\/clubcomputer.at\/wp-content\/uploads\/sites\/6\/2020\/01\/strahlungsquellen-1.jpg\"><img decoding=\"async\" width=\"1024\" height=\"457\" src=\"http:\/\/clubcomputer.at\/wp-content\/uploads\/sites\/6\/2020\/01\/strahlungsquellen-1-1024x457.jpg\" alt=\"\" data-id=\"129334\" data-full-url=\"http:\/\/clubcomputer.at\/wp-content\/uploads\/sites\/6\/2020\/01\/strahlungsquellen-1.jpg\" data-link=\"https:\/\/clubcomputer.at\/strahlungsquellen-1\/\" class=\"wp-image-129334\" 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Fl\u00fcgelr\u00e4der der Lichtm\u00fchle nicht in Drehung. Wir d\u00fcrfen daraus aber nicht schlie\u00dfen, dass die Strahlung zu gering w\u00e4re, weil wir nicht wissen, wie sich das Absorptionsverhalten der beiden Fl\u00e4chen bei diesen tiefen Frequenzen ist (siehe auch beim Punkt &#8222;Mikrowelle&#8220; weiter hinten.<\/p>\n\n\n\n<h3 class=\"wp-block-heading\">Laserpointer<\/h3>\n\n\n\n<p><div style=\"width: 600px;\" class=\"wp-video\"><!--[if lt IE 9]><script>document.createElement('video');<\/script><![endif]-->\n<video class=\"wp-video-shortcode\" id=\"video-129325-1\" width=\"600\" height=\"350\" preload=\"metadata\" controls=\"controls\"><source type=\"video\/mp4\" src=\"http:\/\/clubcomputer.at\/wp-content\/uploads\/sites\/6\/2020\/02\/gr\u00fcner-laserpointer.mp4?_=1\" \/><a href=\"http:\/\/clubcomputer.at\/wp-content\/uploads\/sites\/6\/2020\/02\/gr\u00fcner-laserpointer.mp4\">http:\/\/clubcomputer.at\/wp-content\/uploads\/sites\/6\/2020\/02\/gr\u00fcner-laserpointer.mp4<\/a><\/video><\/div> <br>Das Licht eines gr\u00fcnen Laserpointers ist zu schwach, um die Lichzm\u00fchle deutlich zu drehen; ein Handy \u00fcbrigens auch.<\/p>\n\n\n\n<h3 class=\"wp-block-heading\">IR-, UV-, Wei\u00dflicht-Taschenlampe <\/h3>\n\n\n\n<div style=\"width: 600px;\" class=\"wp-video\"><video class=\"wp-video-shortcode\" id=\"video-129325-2\" width=\"600\" height=\"350\" preload=\"metadata\" controls=\"controls\"><source type=\"video\/mp4\" src=\"http:\/\/clubcomputer.at\/wp-content\/uploads\/sites\/6\/2020\/02\/ir.mp4?_=2\" \/><a href=\"http:\/\/clubcomputer.at\/wp-content\/uploads\/sites\/6\/2020\/02\/ir.mp4\">http:\/\/clubcomputer.at\/wp-content\/uploads\/sites\/6\/2020\/02\/ir.mp4<\/a><\/video><\/div>\n\n\n\n<h3 class=\"wp-block-heading\">W\u00e4rme<\/h3>\n\n\n\n<div style=\"width: 600px;\" class=\"wp-video\"><video class=\"wp-video-shortcode\" id=\"video-129325-3\" width=\"600\" height=\"350\" preload=\"metadata\" controls=\"controls\"><source type=\"video\/mp4\" src=\"http:\/\/clubcomputer.at\/wp-content\/uploads\/sites\/6\/2020\/02\/w\u00e4rmeuv.mp4?_=3\" \/><a href=\"http:\/\/clubcomputer.at\/wp-content\/uploads\/sites\/6\/2020\/02\/w\u00e4rmeuv.mp4\">http:\/\/clubcomputer.at\/wp-content\/uploads\/sites\/6\/2020\/02\/w\u00e4rmeuv.mp4<\/a><\/video><\/div>\n\n\n\n<h3 class=\"wp-block-heading\">Mikrowellenherd<\/h3>\n\n\n\n<div style=\"width: 600px;\" class=\"wp-video\"><video class=\"wp-video-shortcode\" id=\"video-129325-4\" width=\"600\" height=\"350\" preload=\"metadata\" controls=\"controls\"><source type=\"video\/mp4\" src=\"http:\/\/clubcomputer.at\/wp-content\/uploads\/sites\/6\/2020\/02\/mikrowellenherd.mp4?_=4\" \/><a href=\"http:\/\/clubcomputer.at\/wp-content\/uploads\/sites\/6\/2020\/02\/mikrowellenherd.mp4\">http:\/\/clubcomputer.at\/wp-content\/uploads\/sites\/6\/2020\/02\/mikrowellenherd.mp4<\/a><\/video><\/div>\n\n\n\n<p>Es ist zun\u00e4chst \u00fcberraschend, dass wir beim Mikrowellenherd zus\u00e4tzlich zur Drehung des Fl\u00fcgelrads auch ein extremes Leuchten der Glaskugel wahrnehmen, und die Frage ist, wie bisher<\/p>\n\n\n\n<ul class=\"wp-block-list\"><li>Warum dreht sich das Fl\u00fcgelrad? <\/li><li>Warum leuchtet die Glaskugel?<\/li><\/ul>\n\n\n\n<p>W\u00e4hrend n\u00e4mlich bei den h\u00f6heren Frequenzen (W\u00e4rme, Infrarot, Licht, UV) die Absorption einer schwarzen Fl\u00e4che bekannt ist, muss das bei der Mikrowelle nicht der Fall sein, wie G\u00fcnter nach unserer Demonstration richtiger Weise angemerkt hat.<\/p>\n\n\n\n<h3 class=\"wp-block-heading\">Leuchten der Glaskugel<\/h3>\n\n\n\n<p>Die freie Wegl\u00e4nge eines Luftmolek\u00fcls bei normalem Luftdruck betr\u00e4gt nur wenige nm, daher kann das Mikrowellenfeld Luftmolek\u00fcle nicht ausreichend beschleunigen.<\/p>\n\n\n\n<p>Aber bei dem niedrigen Luftdruck in der Lichtm\u00fchle ist die freie Wegl\u00e4nge im Zentimeter bis Dezimeterbereich. Auf dieser langen Strecke werden die Molek\u00fcle extrem beschleunigt und ionisiert. Bei der Rekombination an der  Glaswand kommt es zu einem Leuchteffekt, \u00e4hnlich wie beim Polarlicht.<\/p>\n\n\n\n<h3 class=\"wp-block-heading\">Drehung des Fl\u00fcgelrads?<\/h3>\n\n\n\n<p>Eine erste Antwort w\u00e4re: aus demselben Grund wie auch bei W\u00e4rme, Infrarot, Licht und UV-Licht, n\u00e4mlich wegen der st\u00e4rkeren Erw\u00e4rmung der schwarzen gegen\u00fcber der verspiegelten Fl\u00e4che.<\/p>\n\n\n\n<p>Allerdings wissen wir nicht, ob die Absorptionseigenschaft der schwarzen Oberfl\u00e4che auch f\u00fcr die Mikrowelle zutrifft, Es k\u00f6nnte sein, dass bei diesen tiefen Frequenzen sich die beiden Fl\u00e4chen in ihren Absorptionseigenschaften gar nicht unterscheiden. Dass wir selbst sie unterscheiden k\u00f6nnen, liegt ja an unserem optischen Sensoren, den Augen, die lichtempfindlich und nicht mikrowellenempfindlich sind. <\/p>\n\n\n\n<p>W\u00e4re das so, w\u00e4ren also die Absorptionseigenschaften der beiden Fl\u00e4chen im Mikrowellenbereich gleich, dann m\u00fcsste das Fl\u00fcgelrad eigentlich stehen bleiben. <\/p>\n\n\n\n<p>Aber warum dreht es sich dann?<\/p>\n\n\n\n<p>Es k\u00f6nnte sein, dass die Drehung des Fl\u00fcgelrades bei der Mikrowelle ein Sekund\u00e4reffekt ist und sich das Rad nicht wegen der Mikrowellenstrahlung sondern wegen des Leuchtens der Kugeloberfl\u00e4che in Bewegung setzt. <\/p>\n\n\n\n<p>Danke, G\u00fcnter f\u00fcr den Beitrag! <\/p>\n\n\n\n<h3 class=\"wp-block-heading\">Anmerkungen<\/h3>\n\n\n\n<p>Die meisten technischen Strahlungsquellen bestehen nur aus Wellen einer einzigen Frequenz (Wellenl\u00e4nge). W\u00e4rme und wei\u00dfes Licht stellen ein kontinuierliches Spektrum das, meist mit einem Maximum. F\u00fcr die W\u00e4rme ist das in dem dritten Bild eingezeichnet. Je w\u00e4rmer ein K\u00f6rper ist, desto h\u00f6her liegt auch das Frequenzmaximum. <\/p>\n\n\n\n<p>Der Mikrowellen-Herd steht mit Absicht am Ende der Liste, denn auch auf der Auftau-Stufe ist die Energie so gro\u00df, dass sich das Rad sehr schnellt zu drehen beginnt und man Angst um die Lichtm\u00fchle bekommt. Dazu kommt, dass es offenbar zu einer Ionisation der Luftmolek\u00fcle im Glaskolben kommt, weil das Innere der Kugel zu leichten beginnt. Um die Lichtm\u00fchle nicht zu besch\u00e4digen, wurde der Versuch nach wenigen Sekunden abgebrochen.<\/p>\n\n\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\">Funktionsweise<\/h2>\n\n\n\n<p>Die Energie zur Drehung des Rades ist elektromagnetische Strahlung, egal, ob es sich um Licht, W\u00e4rme oder Mikrowelle handelt. <\/p>\n\n\n\n<p>Die schwarzen Fl\u00e4chen bewegen das Rad, wenn die Anordnung von der Umgebung Energie aufnimmt. Die verspiegelten Fl\u00e4chen bewegen das Rad, wenn die Umgebung der Anordnung Energie entzieht.<\/p>\n\n\n\n<p>Die Bewegung entsteht durch den Impuls, den die Luftmolek\u00fcle von den schwingenden Molek\u00fclen der Fl\u00fcgelr\u00e4der erfahren, wenn die beiden Seiten verschiedene Absorptionsraten haben.<\/p>\n\n\n\n<h3 class=\"wp-block-heading\">Aufbau<\/h3>\n\n\n\n<p>Die Lichtm\u00fchle besteht aus einem evakuierten Glaskolben mit 1..10 Pa (Feinvakuum!). Zum Vergleich: der atmosph\u00e4rische Druck betr\u00e4gt 1.013 hPa oder 101.300 Pa. Die Luft im Glaskolben ist schon ganz sch\u00f6n d\u00fcnn. Die vier Pl\u00e4ttchen bestehen meist aus meist Glimmer, und m\u00fcssen wenig w\u00e4rmeleitend sein. Die Lagerung erfolgt \u00fcber Nadeln mit m\u00f6glichst wenig Reibung. Eine Seite eines Fl\u00fcgels ist schwarz, die andere verspiegelt.<\/p>\n\n\n\n<h3 class=\"wp-block-heading\">Luftdruck im Kolben<\/h3>\n\n\n\n<p>Der R\u00fccksto\u00dfimpuls der Luftmolek\u00fcle reicht nicht aus, um das Rad gegen den normaler Luftdruck zu bewegen. W\u00fcrde man die Luft vollst\u00e4ndig aus dem Glaskolben entfernen (Hochvakuum), g\u00e4be es zu wenige Luftmolek\u00fcle und daher zu wenig Antriebskraft. Zwischen diesen beiden Extremf\u00e4llen gibt es im Bereich von 1\u202610 Pa einen Punkt der h\u00f6chsten Empfindlichkeit (Feinvakuum).<\/p>\n\n\n\n<p>Die f\u00fcr die Funktion wesentliche Gr\u00f6\u00dfe ist die mittlere freie Wegl\u00e4nge, die ein Luftmolek\u00fcl bis zu einem Zusammensto\u00df zur\u00fccklegen kann. Diese Gr\u00f6\u00dfe muss gr\u00f6\u00dfer sein als der verwendete Glaskolben.<\/p>\n\n\n\n<h3 class=\"wp-block-heading\">Stillstand<\/h3>\n\n\n\n<p>Atome und Molek\u00fcle bewegen sich bei Temperaturen \u00fcber Null K (-273\u00b0 C). Im festen K\u00f6rper schwingen sie (sie haben eine Temperatur und geben diese in Form thermischer Strahlung an die Umgebung ab, in Gasen und Fl\u00fcssigkeiten bewegen sie sich regellos (\u201eBrownsche Molekularbewegung\u201c). Luftatome sto\u00dfen zuf\u00e4llig auf beide Seiten der Fl\u00fcgelr\u00e4der und werden im thermischen Gleichgewicht von den schwingenden Molek\u00fclen des Festk\u00f6rpers an beiden Seiten gleich stark zur\u00fcckgeworfen. <strong>Das Rad dreht sich nicht<\/strong><\/p>\n\n\n\n<h3 class=\"wp-block-heading\">Drehung<\/h3>\n\n\n\n<p>Wird die Lichtm\u00fchle bestrahlt, absorbiert die schwarze Fl\u00e4che die Strahlung, die verspiegelte reflektiert sie- Die schwarze Fl\u00e4che erw\u00e4rmt sich mehr als die verspiegelte, daher ist es wichtig, dass das Material wenig w\u00e4rmeleitend ist, damit der Temperaturunterschied einige Zeit bestehen bleibt. Die Molek\u00fcle der schwarzen Fl\u00e4che schwingen mehr, weil die Fl\u00e4che w\u00e4rmer ist. Die Luftmolek\u00fcle werden wegen der intensiveren Molek\u00fclbewegung von der schwarzen Fl\u00e4che st\u00e4rker reflektiert als von der verspiegelten Fl\u00e4che. <strong>Das Rad dreht sich.<\/strong><\/p>\n\n\n\n<h3 class=\"wp-block-heading\">Stillstand<\/h3>\n\n\n\n<p>Wenn die \u00e4u\u00dfere Strahlung konstant bleibt, gleicht sich der Temperaturunterschied zwischen den beiden Fl\u00e4chen nach einiger Zeit aus. <strong>Das Rad bleibt stehen.<\/strong><\/p>\n\n\n\n<h3 class=\"wp-block-heading\">Drehung verkehrt<\/h3>\n\n\n\n<p>Bei einem Absinken der Umgebungstemperatur wird die schwarze Fl\u00e4che rascher k\u00fchl als die verspiegelte. <strong>Das Rad dreht sich verkehrt<\/strong>.<\/p>\n\n\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\">William Crookes<\/h2>\n\n\n\n<p>William Crookes hat das Readiometer im Zuge von Experimenten mit evakuierten Glaskolben 1873 erfunden. Die Funktionsweise war damals keineswegs klar. Crookes vermutete, dass die Bewegung vom Strahlungsdruck herr\u00fchren k\u00f6nnte und bat seinen ber\u00fchmten Kollegen James Clerk Maxwell um eine Berechnung. Es stellte sich heraus, dass der Strahlungsdruck viel zu gering ist, um das Rad in Bewegung zu versetzen.&nbsp;<\/p>\n\n\n\n<p>Diese Einrichtung war eine Vorstufe in der Entwicklung der Elektronenr\u00f6hre, die dann 1906 erfunden und 1912 erstmals in einem Verst\u00e4rker eingesetzt wurde.<\/p>\n\n\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\">Links<\/h2>\n\n\n\n<ul class=\"wp-block-list\"><li><a rel=\"noreferrer noopener\" aria-label=\" (opens in a new tab)\" href=\"https:\/\/de.wikipedia.org\/wiki\/Lichtm%C3%BChle\" target=\"_blank\">https:\/\/de.wikipedia.org\/wiki\/Lichtm%C3%BChle<\/a><\/li><li><a rel=\"noreferrer noopener\" aria-label=\" (opens in a new tab)\" href=\"https:\/\/de.wikipedia.org\/wiki\/Radiometer\" target=\"_blank\">https:\/\/de.wikipedia.org\/wiki\/Radiometer<\/a><\/li><li><a rel=\"noreferrer noopener\" aria-label=\" (opens in a new tab)\" href=\"https:\/\/de.wikipedia.org\/wiki\/William_Crookes\" target=\"_blank\">https:\/\/de.wikipedia.org\/wiki\/William_Crookes<\/a><\/li><\/ul>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>Was eine Lichtm\u00fchle ist, zeigt das folgende Bild: Eine Lichtm\u00fchle, die man als Ziergegenstand in der Wohnung aufstellt, beginnt sich bei st\u00e4rkerem Tageslicht geheimnisvoll zu drehen, immer in derselben Richtung. 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