Презентация по технологии на тему " радиометр"(10класс)

Радиометр Крукса
Выполнила:
ученица 7 «Г» класса
МБОУ «Средняя школа №23
г. Йошкар-Олы» Иванова Е.А.
Научный руководитель:
преподаватель Войтенко С.А.

Цели и задачи
Узнать:
Что такое радиометр
Историю радиометра
Выяснить:
причину вращения
Где применяется

План работы
Введение
Уильям Крукс
Что такое радиометр
Опыт П.Н.Лебедева
Основная часть
Принцип работы
Причина вращения
Эксперименты
Вывод

Уильям Крукс
Уильям Крукс (родился 1 июня 1832 года, умер 4 апреля 1919 года) — английский химик и физик.
Член и Президент (в 1913 -1915 годах) Лондонского  Королевского общества, от которого он в 1875 году получил  Королевскую золотую медаль.
Медали от Французской академии  наук, Дэви и медаль Копли.
В 1897 году королева Виктория  пожаловала ему рыцарское звание. 
 

Открытия
Крукс исследовал электрическую проводимость в газах при пониженном давлении и катодные лучи.
Изобрел радиометр и спинтарископ .
В 1861 году он открыл элемент и назвал его таллием.
В 1895 году впервые в лабораторных условиях выявил гелий.

Радиометр Крукса
Радиометры — это приборы, которые измеряют плотность потока частиц. 
Эти приборы измеряют число частиц, пересекающих единичную площадь блока детектирования за единицу.
«Радио» в названии устройства происходит от латинского radius, что означает «луч»; в данном случае имеется ввиду электромагнитное излучение.

Радиометр состоит из стеклянной колбы, находящейся под частичным вакуумом.

Внутри колбы установлена сбалансированная крыльчатка, обычно из четырех металлических лопастей легкого сплава, расположенных симметрично оси вращения.

С одной стороны лопасти серебристого цвета, а с другой – зачернены. При попадании света на лопасти вертушки, она начинает вращаться.

Вклад П.Н.Лебедева

Пётр Николаевич Лебедев 
Основной частью прибора Лебедева служили плоские лёгкие крылышки из различных металлов. Крылышки подвешивались на тонкой стеклянной нити и помещались в стеклянный сосуд из которого выкачивался воздух. На крылышки с помощью оптической системы и зеркал направлялся свет от сильной электрической дуги. Перемещение зеркал давало возможность изменять направление падения света на крылышки. Устройство прибора и методика измерения позволили свести до минимума мешающие радиометрические силы и обнаружить давление света на отражающие или поглощающие крылышки, которые под его воздействием отклонялись и закручивали нить.  

Опыт П.Н.Лебедева
Проблемы:
Давление света мало
Радиометрический эффект (мешал)
Конвекционные потоки воздуха (мешали)


Устранение:
Тонкие крылышки
Вакуум
Большой сосуд
Светофильтры ИК


Размеры крыльчатки:
Высота – 4 см Ширина – 2 см
Диаметр крышек – 0,5 см
Толщина крылышек 0,1 – 0,01 мм

Принцип работы радиометра Крукса
Вращение происходит за счет дискретного дисбаланса давлений газа на лопасти с разной светоотражающей поверхностью.
В момент старта поглощение света черной поверхностью выше, она быстрее нагревается и перед ней создается повышенное давление, что создает поворот крыльчатки.
Уходя в тень, данная пластинка охлаждается, на смену ее приходит другая и также нагревается, перед ней также добавляется очередная порция избыточного давления газа.

Причина вращения
Радиометрический эффект— возникновение силы отталкивания за счёт разницы кинетических энергий молекул газа, налетающих на освещённую, нагретую сторону лопасти и на противоположную, более холодную.

 Радиометрический эффект вызывается тем, что молекулы, ударяющиеся о поверхность с T1, отскакивают от неё, имея более высокую среднюю кинетическую энергию, чем молекулы, ударяющиеся о поверхность с T2. Холодная пластина со стороны, обращенной к горячей, бомбардируется молекулами, имеющими в среднем более высокую энергию, чем молекулы, бомбардирующие пластину с противоположной стороны (со стороны стенки сосуда с Т = T2). Благодаря разнице в импульсах, передаваемых молекулами противоположным сторонам пластины, возникает сила отталкивания.

При достаточно низких давлениях газа р, когда средняя длина свободного пробега молекул больше, чем расстояние между поверхностями, сила отталкивания, приходящаяся на единицу площади. При более высоких F становится меньше, несмотря на то, что в передаче энергии участвует большее количество молекул, т.к. быстрые молекулы теряют часть своей энергии при столкновении с более медленными молекулами. Т. о., при низких давлениях сила F прямо пропорциональна р, а при высоких - обратно пропорциональна. При некотором промежуточном р значение силы F проходит через максимум.

Во-первых, это прямое превращение тепловой энергии в механическую;
Во-вторых – наглядный пример бесконтактной передачи движения в вакууме.
Если изменять давление газа, т.е. изменить число молекул, ударяющихся о лопаточки, то можно регулировать скорость вращения с помощью изменения давления ( Давление не должно быть слишком низким, иначе число ударяющихся молекул будет мало, и они не смогут раскрутить вертушку. В сосуде должно быть реализовано состояние физического вакуума, чтобы молекулы не сталкивались с друг другом.).

Опыт 1
Для опыта мы взяли зажигалку.
Выровняли прибор.
Через несколько секунд, после приближения огня к радиометру, крылышки слегка покачивались.
В результате, крыльчатка тихонько двигалась, вертясь по направлению к зажигалке.

Опыт 2
Для опыта мы взяли фонарик.
Выровняли прибор.
Через секунд 30,после приближения фонарика, крыльчатка начала вращаться.
В результате, крыльчатка вращалась с непостоянной скоростью, иногда останавливаясь.

Опыт 3
В конце мы решили использовать руки, как источник тепла.
Выровняли прибор.
В результате, от теплоты рук, молекулы газа двигались быстрее, следовательно и крыльчатка вращалась быстрее.

Спектры
Видимое излучение — электромагнитные волны, воспринимаемые человеческим глазом. Чувствительность человеческого глаза к электромагнитному излучению зависит от длины волны (частоты) излучения.
Белый свет, разделённый призмой на цвета спектра

Вертится ли крыльчатка под разным спектром?

Применение в работе
Если к вертушке Крукса применить принцип инверсии идеи, то легко получить радиометрический манометр для измерения низких давлений.
Манометр низкого давления ( СССР)

Вывод
Мы выяснили:
что такое радиометр
Причину вращения
Разобрали ошибки П.Н.Лебедева
Нашли применение
Провели опыты

Ресурсы
https://ru.wikipedia
http://bse.sci-lib.com
https://gennady-ershov.ru

Спасибо за внимание