前两天看到一个实验,有人用10w流明的手电筒照射类似“灯泡”的装置,然后里面的小风车就转了起来,真是太神奇了。

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这个“灯泡”底是什么呢,难道光也有动力?

当然不是灯泡,这个叫光能辐射计。

自古以来,人类都在寻找一种不需要消耗或者是消耗少量的能源,就可以永远不停工作的机器,也就是永动机。

所以,就有很多人提出或者是制造出了各种各样的永动机,例如使用流水,轮子的惯性以及浮力等等,但结果都是以失败而告终。

而在这些人中既有大名鼎鼎的物理学家,也有各种想借永动机而获得名利的骗子,直到那个伟大的能量守恒定律被提出来以后,彻底宣告永动机是永远不可能存在的。

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但是人类并没有停止探索的步伐,有的人开始梦想制造出另一种永动机,也就是利用很少的能源就能让其持续不断的做工,或者是利用自然界中看似额外的能量,将其转换成一种可以利用的机械能。

虽然这种方法能量转换率较低,并不能达到100%,但是这样的研究并不是毫无价值,因为扩大了我们的认知范围。

例如说光能辐射计就是其中的一种,它不需要外部的能源输入,将其放在较强的光线下就能让叶片快速转动起来,是不是比较接近人类梦想得到的永动机,那么它是怎么实现的呢?

光能辐射计

光能辐射计也被称为克鲁克斯辐射计,还被人们俗称为太阳风车,其外形远看就像一个立着的电灯泡。

光能辐射计是由一个叫威廉·克鲁克斯的英国物理学家在1875年发明的,其发明的过程也较偶然,并且当时还并不知道这其中是什么原理,直到几年后才得到了公认的解释。

主要是利用透明玻璃制成的外壳,内部会抽掉大部分空气,并在内部安装有多片金属叶片。

当利用较强的亮光照射金属叶片时,就会驱动其像风车一样转动,并且光线越强转动得就会越快,所以也被用来作为热辐射和光强度的简单测量仪器,还有被用于物理教学演示以及作为工艺品摆件。

光能辐射计的结构

光能辐射计上半部分是圆形或者椭圆形透明的玻璃,下面部分底座是由塑料或者是玻璃制成,整个外形就好像灯泡一样。

在玻璃壳内部中间位置竖立着一根直立轴,在轴的上部用钢丝将金属叶片均匀的垂直连接。

金属叶片一般为正方形或者是菱形。

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光能辐射计的原理

光能辐射计内部安装的一组金属叶片,通常是由4片组成的,并且叶片的两个面都不相同,一面是白色的,而另一个面则是黑色的。

光能辐射计不需要任何外接能源输入,只需要使用较强的光源如太阳光,电筒光甚至是靠近电灯泡,就能够转圈圈,并且光线越强转得越快,光线越弱转得越慢,甚至会静置不动。

我们知道空气流动就会产生风,那么光能辐射计利用光就能让其转动,是不是光的流动产生的风呢,其实,这与气体分子的运动有关系。

在空气动力论中,当空气中的温度越高,空气分子就会越活跃,而且速率和振动就会越大。

而光能辐射计中,金属叶片是由一面黑色和一面白色组成的,黑色面会吸光,就如穿黑色的衣服更热一样,白色叶面则会反光。

当光照射到黑色金属叶片上时,黑色叶面附近空气温度就会比较升高,空气分子开始变活跃,并会不断撞击金属叶片,而当光照射到白色叶面时大部分热能会被反射回去,周围空气分子不会活跃的运动,就不会在白色金属叶片那面产生推动力。

金属叶面两侧的压力差,就可以推动金属叶片向一个方向转动,转动时白色那面在前,黑色那么在后,也就是黑色一面向着白色一面旋转。

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当然了,空气分子的这种振动和撞击力还是很微小的,所以就要将玻璃壳内的空气抽掉一部分,以减小叶片在旋转过程中的空气阻力。

虽然光能辐射计原理还没有什么实际的应用,大胆的想象一下,如果科技发展到一定程度,在车子上直接装上小风车,只要有光那就能跑起来了,光直接转化成动能,那真的够牛了。

文中图片截取自Youtube《Why don't perpetual motion machines ever work - Netta Schramm》《How a Crookes radiometer works》《Shining 100,000 Lumen Flashlight at a Crookes Radiometer》