Radiômetro de Crookes
O radiômetro de Crookes (português brasileiro) ou radiómetro de Crookes (português europeu), também conhecido como light mill ou solar engine, consiste de um vidro vedado contendo vácuo parcial. Dentro do vidro hermeticamente selado, há uma série de hélices que são montadas em um eixo. As hélices rodam quando expostas à luz. A explicação da rotação já foi amplamente debatida no meio científico.
O radiômetro é feito de um bulbo de vidro hermeticamente fechado do qual é removido a maior parte do ar, formando vácuo parcial. Dentro do bulbo, em um eixo de pouco atrito, está um rotor com várias (normalmente quatro) levíssimas hélices de metal igualmente espaçadas ao redor do eixo. As hélices são polidas ou brancas de um lado e pretas do outro. Quando expostas à luz solar, luz artificial ou radiação infravermelha (até mesmo o calor de uma mão nas proximidades pode ser o suficiente), as hélices giram sem força motriz aparente, com os lados claros avançando para a fonte de radiação. O resfriamento do radiômetro causa rotação em sentido contrário. O efeito começa a ser perceptível em pressões de vácuo parcial da ordem de poucos milímetros de mercúrio (torr), atinge um pico ao redor de 10-2 torr e desaparece quando o vácuo atinge 10-6 torr (veja a nota 1). Nesses vácuos extremos, o efeito da pressão de radiação do fóton nas hélices pode ser percebido em aparelhos muito sensíveis (ver Radiômetro de Nichols), mas este efeito é insuficiente para causar rotação.
Movimento por fonte de radiação externa
Para que qualquer máquina térmica funcione, deve haver uma diferença de temperatura. Neste caso, o lado escuro da hélice é mais quente que o outro lado, uma vez que a energia radiante da fonte de luz aquece o lado negro por absorção do corpo negro mais rapidamente que o lado metálico ou branco. As moléculas internas de ar são "aquecidas" (apresentam um aumento de velocidade) quando tocam o lado escuro da hélice. Os detalhes de como exatamente isso move o lado negro da hélice para frente são dados na seção abaixo, Explicações para a força nas hélices. A temperatura interna aumenta conforme o lado negro das hélices fornece calor para as moléculas do vácuo parcial, mas elas são resfriadas novamente quando atingem a superfície de vidro, que está à temperatura ambiente. A perda de calor através do vidro mantém a temperatura interna controlada, de modo que os dois lados da hélice podem manter uma diferença de temperatura. O lado branco ou metálico das hélices é levemente mais quente que o ar interno, porém mais frio que os lados negros das hélices, pois uma parte de calor é conduzida através da hélice do lado negro. Os dois lados de cada hélice devem permanecer termicamente isolados até certo grau para que o lado metálico ou branco não atinja a temperatura do lado negro imediatamente. Se as hélices são feitas de metal, a própria tinta branca ou negra pode servir como isolante. O vidro permanece muito mais perto da temperatura ambiente que o lado negro das hélices. A maior pressão externa de ar facilita a remoção do calor do vidro.
Movimento sem fonte externa de radiação
Quando o radiômetro é aquecido na ausência de uma fonte de luz, ele gira para frente (ou seja, com o lado negro avançando). Você pode colocar suas mãos próximas, porém sem tocar o vido e ele ainda virará vagarosamente, ou quase nada, mas, se você tocar o vidro para aquecê-lo mais rapidamente, ele girará mais perceptivelmente. O vidro, aquecido diretamente, fornece radiação infravermelha o suficiente para virar as hélices, mas, se as mãos não tocam o vidro, ele bloqueia boa parte das radiações infravermelhas largas. As radiações infravermelhas curtas e a luz visível penetram no vidro mais facilmente. Se você resfriar o vidro rapidamente na ausência de uma fonte de luz forte colocando gelo no vidro, ele gira para trás (ou seja, com o lado branco / metálico avançando). Isso demonstra a radiação do corpo negro a partir dos lados escuros das hélices, ao invés da absorção do corpo negro. Ele gira para trás porque o lado negro emite mais calor e se resfria mais rapidamente do que o outro lado.
Através dos anos, houve várias tentativas de explicar como funciona um Radiômetro de Crookes: Ambas as explicações, de Einstein e de Reynolds, parecem causar o movimento do radiômetro de Crookes, apesar de não estar claro qual das duas é predominante.
