Cet article (ou en tous cas ce sujet) était déjà présent sur l’ancien site Sciences Inutiles, mais on ne pouvait décemment pas passer à côté..
Donc comment faire tourner un moulin sans eau et sans vent ? Qu’est ce qui serait assez puissant pour faire tourner une hélice ? Et rangez vos mains, l’hélice est dans une ampoule en verre.. La question est difficile, je vous l’accorde mais si vous aviez été plus lumineux, vous auriez su !
Laissez-moi donc vous (re)présenter le grand, le magnifique, le fabuleux radiomètre de Crookes ! Inventé en 1873 par Sir Williams Crookes, notre « moulin de lumière » démontre exactement ce qu’il ne devait pas démontrer à la base. Pour vous l’expliquer, faisons la distinction entre pression photonique et le phénomène vraiment mis en jeu dans le Radiomètre de Crookes.
La pression photonique
A l’époque, on voulait démontrer que les photons qui constituent la lumière pouvait pousser des objets si les frottements étaient réduits au maximum. Le radiomètre de Crookes possède 4 ailettes dans un vide semi-partiel (donc la pression à l’intérieur est très faible) qui ont chacune un côté noir et un côté brillant (type miroir). Crookes pensait que les photons fourniraient une partie de l’énergie cinétique aux ailettes en rebondissant sur les faces brillantes. Comme quand vous foncez dans un objet, vous allez le faire bouger (sauf si il est fixé ou bien plus lourd que vous) parce que vous lui donnez une partie de votre énergie cinétique, qui dépend de votre vitesse. Aujourd’hui, on utilise cette technique pour expérimenter les premières voiles solaires spatiales. On tenterait donc de faire avancer nos sondes dans le système solaire grâce aux vents solaires, composés de particules et photons envoyés par le Soleil. Sauf que Crookes a été bien surpris de voir que son radiomètre ne tournait pas dans le bon sens !
Comment ça marche vraiment
La thermodynamique étudie les transferts d’énergie par chaleur entre systèmes. Et qu’est-ce qui fait de la chaleur dans notre système ? La lumière, évidemment !
Lumineux, lumière, vous captez maintenant ? (lol)
Lorsque les photons vont venir frapper les ailettes, ils vont être réfléchi par les faces brillantes mais absorbés par les faces noires. Ces dernières vont alors s’échauffer et donc échauffer l’air en contact avec elles. Et là, on fait intervenir une loi qui ne doit pas vous être inconnue : la loi des gaz parfaits !
P.V = n.R.T
avec P la pression de l’air au contact de la face noire, V le volume d’air dans le radiomètre, n la quantité de matière (constante ici car aucune molécule d’air ne traverse le verre), R la constante universelle des gaz parfaits et T la température de l’air.
Si la température de l’air augmente, alors sa pression va augmenter puisque le volume de l’air dans le radiomètre est constant et que chaque côté de l’égalité ci-dessus doit être.. égal à l’autre. Sauf que si il y a une différence de pression, et donc de force exercée entre les deux côtés d’une même ailette, celle-ci va forcément se déplacer de la pression la plus haute vers la plus basse. Donc du côté noire vers le côté brillant, bien le contraire de ce que pensait Sir Williams Crookes.
Le truc rigolo aussi si vous en avez un chez vous (parce que oui, ça s’achète et c’est assez simple d’en trouver avec le bon nom), c’est que ça ne marche pas avec toutes les sources lumineuses. Avec le soleil, évidemment ça fonctionne. Par contre, avec la led du téléphone, bon courage ! C’est ce qu’on appelle une lumière « froide », elle produit donc très peu (voire pas du tout) d’infrarouges, une catégorie d’ondes lumineuses produites par les objets chauds mais pas trop (corps humain, four, téléphone qui chauffe, etc). Favorisez donc le soleil et si comme moi, vous vivez dans le Nord, un briquet ou une ampoule incandescente fera l’affaire !
Sources :
Crédits image : Meska et son fidèle radiomètre !