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Radiómetro de Crookes
Descripción breve
Un radiómetro de Crookes (también conocido como molinillo de luz) es una bombilla de vidrio parcialmente al vacío que contiene un rotor con paletas metálicas ligeras que giran cuando se exponen a la energía de la radiación luminosa.
Uso / Función
- Medición de radiación: Demuestra y mide la intensidad de la luz y la radiación electromagnética.
- Demostración física: Sirve como herramienta educativa para ilustrar la radiación térmica, la cinética de gases y la presión de radiación.
- Sensores: Inspiró los primeros diseños de equipos de medición de intensidad luminosa y detección de radiación solar.
- Escala: Dispositivo pequeño de mesa.
Principio de funcionamiento
El radiómetro funciona debido al calentamiento diferencial de las superficies de las paletas en un entorno de gas a baja presión.
- Diseño de paletas: Cuatro paletas montadas en un eje central tienen un lado pintado de negro (que absorbe luz) y un lado pulido o pintado de blanco (que refleja la luz).
- Diferencia térmica: Al exponerse a la luz, los lados oscuros absorben el calor radiante y se calientan más que los lados brillantes.
- Cinética de las moléculas de gas: Las moléculas de gas dentro del vacío parcial chocan contra los lados oscuros más cálidos y rebotan con mayor energía cinética, produciendo una fuerza neta de transpiración térmica que empuja las caras oscuras e imprime rotación al rotor.
Cómo crearlo
- Paletas: Corta cuatro láminas cuadradas pequeñas y ligeras de Metal fino (como aluminio o mica recubierta de metal).
- Recubrimiento: Pinta una cara de cada paleta con Pintura oscura o hollín, dejando el lado opuesto brillante y reflectante.
- Eje y pívote: Monta las cuatro paletas simétricamente sobre una aguja pívote central hecha de Metal para minimizar la fricción rotacional.
- Envoltura: Encierra el conjunto del rotor dentro de una ampolla hermética hecha de Vidrio.
- Evacuación: Extrae aire de la ampolla de vidrio mediante una bomba de vacío hasta alcanzar una baja presión parcial (aproximadamente $10^{-2}$ torr).
- Sellado: Sella a fuego el tubo de vidrio en la base para mantener permanentemente el vacío parcial.
Materiales necesarios
- Envoltura: Ampolla de Vidrio de alta transparencia.
- Paletas del rotor: Láminas finas de Metal o papel metálico ligero.
- Recubrimiento absorbente: Pintura negra mate o hollín.
- Pívote: Aguja de metal endurecido sobre pivote.
Variantes y mejoras
- Radiómetro de Nichols: Mide la presión de radiación verdadera en vacío elevado usando balanzas de torsión en lugar de efectos cinéticos de gases.
- Sensores de insolación solar: Piranómetros y radiómetros modernos construidos para estaciones meteorológicas y de energía solar.
Límites y riesgos
- Sensibilidad al vacío: Si la presión del vacío es demasiado alta o demasiado baja, la rotación se ralentiza o se detiene por completo.
- Fragilidad: La envoltura de vidrio delgado puede romperse si sufre impactos o choques térmicos.