Ich habe mir auf einem Weihnachtsmarkt eine Kugel gekauft. Darinnen Vacuum und an einem auf Nadel gelagerten Kreuzbalken an jedem Ende senkrecht ein Plättchen: Vorderseite metallisch, Rückseite berußt. Bei Lichteinfall dreht sich das dann.
FRAGE: Erinnere ich mich richtig an den Physikunterricht vor über 40 Jahren, dass dieses Gerät beweist, Licht sei (auch) Materie, die eben die Plättchen auf der nicht-lichtabweisenden, dunklen Seite nach vorne schiebt, wobei das Licht durch die Umsetzung in kinetische Energie verschwinde? Oder was ist da drinnen los…?.
Richtig, das Licht besitzt Teilchencharakter (Photonen) und damit einen Impuls, welcher dann auf die Plättchen übertragen wird. Der Impuls ergibt sich zu p=h/a ; a-Wellenlänge des Lichts.
Nun bin ich zwar kein Physiker, aber wenn Du die Wellenlänge des Lichtest veränderst, müßte sich auch die Bewegung der Apparatur ändern.
MfG
Roberto
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Also ich denke, der Impulsübertrag durch das Licht ist in diesem Fall vernachlässigbar. Meine Vermutung geht dahin, daß durch die unterschiedliche Oberfläche eine Temperaturdifferenz aufgebaut wird, die dann für die drehung genutzt wird.
Gruß
Thomas
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Also ich denke, der Impulsübertrag durch das Licht ist in
diesem Fall vernachlässigbar. Meine Vermutung geht dahin, daß
durch die unterschiedliche Oberfläche eine Temperaturdifferenz
aufgebaut wird, die dann für die drehung genutzt wird.
Hallo,
Es ist zwar schon eine Weile her, aber mein Experimentalphysik-Prof. hat das mal vorgerechnet und unter plausiblen Annahmen, was den Restdruck in der Vakuumkugel (Birne) angeht hat der einen etwa zehnmal stärkeren Effekt durch Erwärmung der Schwarzen Seite als durch Rückstoß der reflektierten Photonen ausgerechnet.
Wenn ich mich richtig erinnere war das nichts mit dem Impuls der Photonen (der Effekt wäre glaube ich zu schwach) sondern was mit Wärmeschwingungen. Also die Weiße Seite strahlt das Licht wieder zurück und die schwarze speichert es. Deswegen erwärmen sich die Luftmoleküle über der schwarzen Seite mehr, schwingen mehr und schlagen gegen das Plättchen. Daher kommt der Impuls. Die Schwierigkeit liegt nur darin, das Vakuum abzustimmen. Es sollte genug Luft drinnen sein damit Luftmoleküle da sind die dagegen schlagen, andererseits sollte der Luftwiderstand nicht zu groß werden.
Greenberet
*der hofft das er da nichts verwechselt hat weil er sein Physikheft nicht finden konnte*
es stimmt, dass da zwei Effekte konkurrieren, die das Rad in entgegengesetzte Richtugnen drehen wollen. Die grundlage ist abe rimmer, dass die spiegelnde Seite eines Paddels das Licht/die Photonen zurückstreut, während die berusste sie absorbiert.
Aber Vorsicht: Der Rückstoss vom Impuls der Photonen (Plancksches Wirkungsquantum durch Wellenlänge h/lambda) ist grösser auf das Paddel, wenn das Photon angehalten und zurückgespiegelt wird, als wenn es nur angehalten = aborbiert wird.
1.: relativ viel Gas in der Kugel: die normale Weihnachtsmarktkugel. Gasteilchen prallen auf die Paddel und verlassen die heisse, schwarze Seite mit mehr Schmackes als die kalte, spiegelnde. Das Rad dreht sich mit den schwarzen Seiten hinten.
2.: ssehr gutes Vakuum: der Effekt der zurückgeschmissenen Photonen überwiegt, und das Rad dreht sich mit der spiegelnden Seite hinten.
AN ALLE
Das hat nichts mit Wärme zu tun, in der Glaskugel herrscht Vakuum. Das die eine Seite blank und die andere schwarz ist, hat etwas mit den Strahlungdruck zu tun, der wiederum auf den Impuls der Photonen zurückzuführen ist.
Der Strahlungsdruck bei ideal reflektierenden Körpern (Flächen) ist doppelt so groß, wie bei absorbierenden (schwarzen) Flächen.
p=p(0)[1+s] , p- Strahldruck , s- Reflexionsvermögen , p(0)- Strahldruck eines absorb. Körpers.
Der Unterschied des Strahlungsdruckes auf die schwarze und blanke Seite ist die Triebkraft der Bewegung.
Genau mit dieser Vorrichtung hat Lebedev 1899 den Druck des Sonnenlichtes nachgewiesen.
Das hat nichts mit Wärme zu tun, in der Glaskugel herrscht
Vakuum. Das die eine Seite blank und die andere schwarz ist,
hat etwas mit den Strahlungdruck zu tun, der wiederum auf den
Impuls der Photonen zurückzuführen ist.
Der Strahlungsdruck bei ideal reflektierenden Körpern
(Flächen) ist doppelt so groß, wie bei absorbierenden
(schwarzen) Flächen.
Dann erkläre mal, warum sich der Rotor von den schwarzen Flächen weg in Richtung der hellen Flächen bewegt. Der Photonenimpuls sollte ihn doch genau anders herum drehen.
Das hat nichts mit Wärme zu tun, in der Glaskugel herrscht
Vakuum.
Bei den billigen Lichtmühlen aus der Papetrie? Nein. Das würde ich nicht Vakuum nennen, sondern lediglich leichten Unterdruck. Du hast recht, im Hochvakuum oder Ultrahochvakuum dominiert tatsächlich der Strahlungsdruck. Bei den üblicherweise zu kaufenden Schmuckstücken fürs Regal jedoch nicht.
Das die eine Seite blank und die andere schwarz ist,
hat etwas mit den Strahlungdruck zu tun, der wiederum auf den
Impuls der Photonen zurückzuführen ist.
Richtig. Bei Restgas im Kolben: Die schwarze Seite ist wärmer als die verspiegelte Seite => die Lichtmühle dreht sich von der schwarzen Seite weg. Im Vakuum ist das, wie du unten beschreibst genau anders. daran kannst du unterscheiden, welcher Effekt deine Lichtmühle treibt.
Der Strahlungsdruck bei ideal reflektierenden Körpern
(Flächen) ist doppelt so groß, wie bei absorbierenden
(schwarzen) Flächen.
p=p(0)[1+s] , p- Strahldruck , s- Reflexionsvermögen , p(0)-
Strahldruck eines absorb. Körpers.
Der Unterschied des Strahlungsdruckes auf die schwarze und
blanke Seite ist die Triebkraft der Bewegung.
Genau mit dieser Vorrichtung hat Lebedev 1899 den Druck des
Sonnenlichtes nachgewiesen.
So ist es. Aber er hat aber ein bisschen mehr Aufwand bei der Evakuierung seiner Gefäße betrieben.
Irrtum !
Es ist ein weitverbreiteter Irrtum, dass diese „Lichtmuehlen“ mit Strahlungsdruck arbeiten. In der Kugel herrscht zwar Vakuum, aber nicht vollstaendiges. Die schwarzen Plaettchen erwaermen sich mehr als die silbernen. Dadurch werden an die schwarzen Seiten anprallende Gasmolekuele beschleunigt (denn Waerme ist mikroskopische Bewegung). Durch den Rueckstoss wird die Muehle in Gang gesetzt. Das geht nur dann, wenn das Gas duenn genug ist, denn sonst wuerde der Rueckstoss durch schnelle Stossumverteilung sofort wieder rueckuebertagen werden.
Dann erkläre mal, warum sich der Rotor von den schwarzen
Flächen weg in Richtung der hellen Flächen bewegt. Der
Photonenimpuls sollte ihn doch genau anders herum drehen.
Jörg
Tja, da bin ich wohl auf die falsche Fährte geraten. Ich bin nämlich von einen richtigen Vakuum ausgegangen, bei den es ja keine Wärmebewegung geben kann
Dann erkläre mal, warum sich der Rotor von den schwarzen
Flächen weg in Richtung der hellen Flächen bewegt. Der
Photonenimpuls sollte ihn doch genau anders herum drehen.
Völlig richtig. Wenn dieses Rad im idealen Vakuum liefe, wäre seine Rotationsrichtung genau umgekehrt - schwarze Seite Nase vorn.
Lichtdruck gibt es sowohl beim Reflektor als auch beim Absorber. Der des Reflektors ist aber größer. Ob er exakt doppelt so groß ist, wie es die zitierte Formel p=p(0)*[1+s] aussagt (die gilt für mechanischen Druck!), da bin ich momentan nicht sicher, weil beim Lichtdruck noch Faktoren der elektrischen Leitfähigkeit usw. eine entscheidende Rolle spielen.
Ob die Experimente von Lebedev tatsächlich den Lichtdruck nachwiesen, ist nicht ganz geklärt, weil nicht sicher ist, ob alle anderen Einflüsse (Radiostrahlung u.a.) dabei ausgeschlossen sind. Daß der Lichtdruckeffekt aber existiert, ist sonst hinreichend nachgewiesen (siehe Ideen zum Photonenantrieb für Raumfahrzeuge)
Die mechanische Formel (s.o.) läßt sich leicht anschaulich machen:
Du stehst auf einem Boot, und es wird dir ein Ball zugeworfen. Wenn du ihn fängst, bekommt das Boot einen Impuls und es bewegt sich in der derselben Richtung, aus der der Ball kam. Wenn du ihn nun zurückwifrst, und zwar mit derselben Geschwindigkeit, mit der er ankam (das entspricht Reflektionsfähigkeit s=1), dann bekommt das Boot nochmal denselben Impuls in der Richtung wie vorhin.
Das Spielzeugrad wird jedenfalls ausschließlich durch die Druckdifferenz des des Restgases an den beiden Oberflächen vorangetrieben.
Lichtdruck gibt es sowohl beim Reflektor als auch beim
Absorber. Der des Reflektors ist aber größer. Ob er exakt
doppelt so groß ist, wie es die zitierte Formel p=p(0)*[1+s]
aussagt (die gilt für mechanischen Druck!), da bin ich
momentan nicht sicher, weil beim Lichtdruck noch Faktoren der
elektrischen Leitfähigkeit usw. eine entscheidende Rolle
spielen.
Fuer eine ideal spiegelnde Flaeche ist wegen der Impulserhaltung der Druck tatsaechlich doppelt so gross, genau wie Du unter beschrieben hast. Die Impulserhaltung gilt (zum Glueck) auch fuer
Licht. Die Vorstellung von Lichtteilchen (Photonen) ist da besonders hilfreich, aber auch die Deutung von Licht als Welle beinhaltet den Impuls.
Das Spielzeugrad wird jedenfalls ausschließlich durch die
Druckdifferenz des des Restgases an den beiden Oberflächen
vorangetrieben.
Nicht ganz ausschliesslich, wie die anderen Postings schoen dargelegt haben.
Neonlicht ?
Zuletzt habe ich im Internet nach dem Funktionsprinzip einer Lichtmühle geschaut. Dort stand, dass die Lichtmühlen nur durch Temperaturdifferenz drehen. Bei Neonlicht funkioniert die Lichtmühle nicht.
In der Kugel herrscht zwar
Vakuum, aber nicht vollstaendiges.
Völlig richtig. Der besagte Effekt stellt sich nur in einem gewissen Druckbereich ein, ist der Druck zu niedrig, tut sich genausowenig wie bei zu hohem Druck. Die genauen Werte konnte mir unser Glasbläser aber leider auch nicht sagen.
UND DREHT UND DREHT::
MENSCHENSKINDER!!
Ich bin ja ganz erstaunt, welche Diskussion ich damit vom Zaun gebrochen habe!! Vielen Dank allen, die mir helfen wollten, das Ding zu verstehen. Ich druck mir das alles mal aus.
Und dann werde ich also der Sache auch mal mit kaltem Neonlicht zu Leibe rücken, am Ende auch mit dem gar nicht so hellen, aber doch ziemlich warmen Toaster…
Wie kann man doch mit kleinen Sachen Beamtenkindern Freude machen. (ich war eins und bin inzwischen selber einer…).
Gruss an alle!!
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MEINE FRAGE LAUTETE.
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