Lichtmühle

mw-headline" id="Aufbau">Aufbau[Bearbeiten | < Quelltext bearbeiten]

Der Impeller einer Lichtmühle. Auf der linken der ungeschwärzten Teil einer Glimmerplatte, auf der rechten der angeschwärzten Teil. Die Lichtmühle (auch Lichtmühle oder Lichtmühle genannt, selten Sonnenuhr genannt) ist eine gläserne Kugel, in der sich ein bewegbares Laufrad mit mehreren schwarz geschliffenen Platten auf einer Stirnseite wiederfindet. Wenn Licht auf das Lenkrad fällt, fängt es an, sich zu bewegen.

In der Regel ist eine Lichtmühle aus einem Vierarm-Laufrad aufgebaut, das mittels einer Glaskappe auf einer Nadelstirnfläche so montiert ist, dass es sich leicht drehen lässt. Die Drahtarme tragen an ihrem Ende jeweils eine vertikale Platte aus getempertem oder gespiegeltem Hartglimmer, von der eine Hälfte mit Ruß angeschwärzt ist, so dass alle verrußten Oberflächen in die gleiche Richtung der Drehung ausgerichtet sind.

Leichtmühlen arbeiten nicht im hohen Vakuum oder bei normalem Druck. Wird die Lichtmühle einer Licht- oder Wärmeabstrahlung ausgesetzt, rotiert das Rad mit einer von der Strahlungsstärke abhängigen Drehzahl, wovon die nicht abgedunkelten Oberflächen den Weg weisen. Dies wird durch den negativen Druck im Innern der Kristallkugel und durch die reibungsmindernde Lagerhaltung des Läufers erzielt.

Ein Lichtmühlenwerk arbeitet nur, wenn die angeschwärzte Fläche in der Lage ist, Wärme aufzunehmen, ist von der Lichtseite wärmegedämmt und erwärmt sich dadurch. Ein gutes Lichtmühle rotiert bei Sonneneinstrahlung rasch, aber auch bei schwacher Beleuchtung bleibt es ruhig, während z.B. die Raumbeleuchtung durch Neonröhren meist nicht ausreichend ist. Die Crookes glaubten zunächst, dass die Rotation auf den verschiedenen Strahlungsdruck zurückzuführen sei (die helle Fläche spiegelt Sonnenenergie wider, die dunkle Fläche nimmt sie auf).

In einer detaillierteren Untersuchung (u.a. von James Clerk Maxwell) wurde jedoch festgestellt, dass dieser Einfluss zu klein ist, außerdem würde er zu einer Rotation mit der angeschwärzten Vorderseite führen, was im Widerspruch zu der betrachteten Ausrichtung stehen würde. Ein weiterer Widerspruch der Theorie des Strahlungsdrucks wurde durch Experimente erreicht, die gezeigt haben, dass eine Interaktion zwischen dem Laufrad und der Schutzhülle aus Glas erfolgt und dass die Veränderung daher nicht durch eine äußere Krafteinwirkung verursacht werden kann.

Wenn man eine Lichtmühle, deren Laufrad mit einem Lichtmagnetstab ausgestattet ist, in der Luft schweben läßt und die Rotationsbewegung des Rads durch einen von aussen her kommenden Magneten aufrechterhält, dann dreht sich der Glasmantel mit Strahlung in die Gegenrichtung. Durch die Lagerung des Laufrades im Unterdruck kann die Strahlungsdruckhypothese leicht wiedergegeben werden.

Ein weiterer Indikator gegen den Strahldruck ist die Temperaturobjektivität der Rotationsbewegung - die Rotationsrichtung der Lichtmühle ist abhängig vom Strahlengleichgewicht im Innern und damit auch von der Temperaturobjektivität zwischen drinnen und draußen: Ein unbestrahltes, stationäres Lichtmühle dreht sich in die entgegengesetzte Himmelsrichtung, mit den vor ihm liegenden Schwarzflächen, wenn sie in ein Kaltwassergefäß gestellt wird - die in der Regel mit Ruß angeschwärzten Oberflächen haben aufgrund ihres höheren Emissionsgrades auch im mittleren Infrarotspektrum eine geringere Tempertur als die lichtdurchfluteten Oberflächen.

Dabei erläuterte er die Bewegungsabläufe mit einer Temperatursprung zwischen der schwarz-warmen und der weiß-warmen Oberfläche und dem damit einhergehenden Gasstrom, was zu einer Differenz im Druck auf immobilen Oberflächen führt. Fließt diese Abluft zu den äußeren Rändern der Lamellen, schwingen die wärmenderen, rascheren Moleküle in einem grösseren Abstand als die kälteren und treiben die Lamellen in die entgegengesetzte Richtungen von der dunkeln Oberfläche weg Die Ausgasung der Schwarzschichten, der Photoeffekt, der Konvektionsstrom.

Die Gasdrücke in der Kristallkugel sind so niedrig - nur ein bis zehn Pascal -, dass der ungehinderte Weg, d.h. der durchschnittliche Weg, den ein Erdgasmolekül zwischen zwei Kollisionen zurücklegt, etwa in Millimeter-Schritten ist. Deshalb muss das Benehmen der darin enthaltenen Gasströme nicht durch Strömungen, Konvektionen oder thermische Ausdehnungen, sondern durch das Gesetz der Impulse beschrieben werden.

Für diese Erscheinungen ist die Interaktion der beiden Signalmoleküle miteinander zu klein. Durch die Wärmebewegung der darin enthaltenen Gassmoleküle kommt es bei unbeleuchteten Laufrädern und Aufrechterhaltung des thermischen Gleichgewichts zu einer gleichbleibenden Anzahl von Einwirkungen auf die helle und dunkle Flügeloberfläche und die gläserne Wand. Beim Bestrahlen erhitzen sich rußige Oberflächen, und ihre Molekühle und Hohlatome machen größere Bewegungen (Brownsche Molekularbewegungen).

Wenn Gasmoleküle nun auf der Warmseite auf schnelle oszillierende Partikel stoßen, bekommen sie beim Hinausfliegen einen kräftigeren Anreiz. Der Kraftausgleich des Flugzeugs ist nicht mehr gegeben und auf der dunklen Flanke entsteht nach Impulserhaltung eine Rückstellkraft in die entgegengesetzte Bewegungsrichtung des Fluggaspartikels. Die Drehrichtungsumkehr der nicht bestrahlten Fräse mit den vorderen Schwarzflächen, die beim Erkalten des Glasbehälters erfolgt, kann ebenfalls auf diese Weise erklärt werden.

Ein unbestrahltes stationäres Lichtmühle dreht sich in die entgegengesetzte Drehrichtung, wenn sie z.B. in ein Gefäss mit Kaltwasser gestellt wird. Bei den meist mit Ruß angeschwärzten Oberflächen wird dann aufgrund ihres erhöhten Emissionsvermögens nicht nur im Sichtbereich des Lichts, sondern auch im mittleren infraroten Spektralbereich eine geringere Erwärmung als bei den blanken Oberflächen angenommen.

Durch die Strahlung im störenden Strahlengleichgewicht innerhalb der Kugeln wird Heizenergie verloren, die Glaswand gibt weniger zurück als sie aufnimmt. Damit wird die leichtere Flügelseite zur "Antriebsseite", da sie eine erhöhte Erwärmung aufweist und die Gassmoleküle dort einen höheren Puls empfangen. Hochsprung www. high jump www. pohl.com vgl. Abb. 18. 7 im Kapitel "16. 2 Rückprall von Gasmolekülen bei Reflektion, Radiometerkraft" in Klaus Lüders, Robert O. Pohl (ed.): Pohls Einleitung in die Physt.