خلاصه
انرژي تابشي باعث جنب و جوش مولکول‌ها در پره‌هاي راديومتر کروکس مي‌شود. درخلال اين جنب و جوش، مولکول‌هاي پره‌ها به مولکول‌هاي هواي مجاور ضربه مي‌زنند و براثر عکس‌العمل، باعث پس‌زنيِ پره‌ها مي‌شوند. به‌نظر مي‌رسد که اين، مکانيسم راديومتر نيکولز نيز باشد..
مقدمه
راديومتر کروکس لامپي است تخليه شده از هوا اما نه به‌طور کامل. در درون آن مجموعه‌اي از پره‌هاست که روي يک اسپيندل سوار شده است. به‌طور منظم يک‌طرف هر پره سياه و طرف ديگر بازتابان (صيقلي) است. هنگامي که مجموعه، در معرض تابش‌هاي الکترومغناطيسيِ حرارتي يا مرئي قرار گيرد پره‌ها به‌گونه‌اي مي‌چرخند که گويا نيروي وارد شده بر سطوح سياه بيش از نيروي وارد شده بر سطوح بازتابان است. اين، به‌علت فشار تابش نيست، زيرا اين چرخش، هنگامي که خلأ (درحد فشارِ 6-10 تور يا کمتر) بهتر شود، متوقف خواهد شد. بنابراين، فشار روي پره‌ها، پديده‌اي ثانوي ناشي از وجود مولکول‌هاي هواي داراي فشار کم در لامپ است. براي کشف مکانيسم اين پديده، دانشمندان تلاش‌هاي ناموفق چندي را انجام داده‌اند. آخرين توجيه تقريباً قبول شده، نيروي (اُسبورن) رينولدز (Osborne Reynolds’ force) است. برطبق آن، هواي گرمِ نزديک سطح سياه بالا مي‌رود و آن‌گاه هواي سرد، از طريق جرياني از هوا (يا درواقع يک باد)، جايگزين آن مي‌شود. اين جريان هوا يا باد در مسير خود به سطح سياه مي‌خورَد و آن را هُل مي‌دهد. در اين مقاله ضعف اين توجيه را خواهيم ديد و علت واقعي اين پديده را ارائه خواهيم داد.
همچنين راديومتر نيکولز وجود دارد که در آن مجموعه‌ي پره‌هاي بازتابان پس از تابش مستقيم يک موج الکترومغناطيسي بر روي فقط سطح بازتابان به‌گونه‌اي مي‌چرخد که گويا تابش بر سطح برخورد فشار وارد مي‌آوَرَد. گفته مي‌شود که علت اين پديده فشار الکترومغناطيسي موج فرودي است نه پديده‌ي ثانويِ فوق‌الذکر ظاهراً به‌اين دليل که گرماي ناشي از تابش روي سطح بازتابان آن‌قدر زياد تشخيص داده نمي‌شود که باعث پديده‌ي ثانوي فوق‌الذکر شود. اما ظاهراً اگر سطوح، سياه باشد، تابشِ هدايت شده تنها بر يک سطح باعث اِعمالِ فشاري بر مجموعه خواهد شد که بيش از فشار مذکور روي سطح بازتابان خواهد بود (و اين برخلاف اين تئوري پيش‌بيني کننده است که فشار الکترومغناطيسي کشسان وارد بر يک سطح بازتابان بايد (حداکثر دو برابر) بيشتر از فشار الکترومغناطيسي ناکشسان وارد بر همان سطح باشد وقتي که سياه شده باشد). و ظاهراً به‌عنوان دليلِ آن بيان مي‌شود که در اينجا گرماي توليد شده روي سطح، کافي است تا باعث پديده‌ي ثانوي فوق‌الذکر، و از آنجا افزايش فشار وارد بر سطح سياه، شود. در اين مقاله، پيشنهادهايي براي انجام چند آزمايش ارائه کرده‌ايم که مي‌توانند تعيين کنند که آيا علت چرخش در اين راديومتر همان پديده‌ي ثانوي مذکور است يا نه.
تئوري‌هاي جاري و پيشنهادي :
نيمه‌ي پايينِ يک سطل را به‌داخل يک مايع فرو بريد و به‌طور ناگهاني آن‌را از مايع خارج کنيد. کدام قسمت از مايعِ اطراف فضاي خالي در (يا روي) مايع، که پس از اين ناپديديِ ناگهاني سطل به‌وجود مي‌آيد، اول از همه اين فضاي خالي را پر خواهد کرد؟ روشن است که اين فضا اول از همه از کفِ اين فضا پر خواهد شد زيرا فشار مايع در کف بيشتر است تا در سطح جانبي. به‌طور مشابه، هنگامي که هواي گرم شده‌ي مجاورِ سطح سياه بالا مي‌رود، فضاي خالي ايجاد شده‌ي نزديک سطح سياه از پايين پر خواهد شد نه از کنار. به عبارت ديگر جريان هواي نزديکِ سطح سياه (گرم شده) موازي با صفحه (از پايين به بالا) است نه عمود بر آن تا باعث اِعمال نيرو بر آن شود. بنابراين درواقع نيروي (اُسبورن) رينولدز وجود ندارد تا باعث چرخش پره‌ها شود.
يک موج الکترومغناطيسي (قسمتي از) انرژي خود را به دو مولکول مجاورِ هم از سطح سياه منتقل مي‌کند. اين باعث حرکت اين مولکول‌ها مي‌شود درست مثل اين‌که ماده‌ي منفجر شونده‌اي بين آنها منفجر شده است. بنابراين، يکي از آنها به‌طرف بيرون و ديگري به‌طرف داخلِ سطح رانده مي‌شود. اما اين دو مولکول به يک‌ديگر و به کل سطح از طريق نيروهاي فنري چسبندگي مقيدند.. پس، اگر فضاي محيطي، خالي از هر چيز، يعني خالي از هر مولکول، باشد، هيچ اندازه حرکت خالصي به سطح منتقل نمي‌شود. اما اگر مولکول‌هايي از يک هواي رقيق در اين فضا وجود داشته باشد مولکولي که در حال رانده شدن به‌سمت اين فضاي محيطي است مقداري اندازه حرکت به مولکول‌هاي هواي تحتِ اصابتِ آن منتقل خواهد کرد، درحالي‌که مولکولِ ديگرِ رانده شده به‌سمت داخل سطح هنوز (يا (درصورتِ عايق‌گذاري) اصلاً) دسترسي به مولکول‌هاي هوا در جانبِ ديگر پره ندارد ولذا تقريباً تمام اندازه حرکتش به کل سطح (يا درواقع به کل پره) منتقل خواهد شد.
وضعيت شبيه يک فنر فشرده است: هنگامي که گيرِ آن رها شود درحالي‌که در يک فضاي بدون جاذبه معلق است اندازه حرکتي به فنر منتقل نخواهد شد، و هنگامي که گير آن رها شود درحالي‌که يک انتهاي آن متکي به يک زمين سفت است فنر قوياً بالا مي‌جهد، و هنگامي که گير آن رها شود درحالي‌که يک انتهاي آن متکي به يک سطح کشسان (مثلاً سطح يک ژله) است فنر بالا مي‌جهد اما نه به قوت فنر متکي به زمين سفت. انرژي فنر نظير انرژي موج الکترومغناطيسي منتقل شده بين مولکول‌هاست، و خود فنر نظير مولکول‌هاي جسم تحت تابش است، و سطح سفت يا کشسان نظير مولکول‌هاي هواي مجاورِ جسمِ تحت تابش است.
درباره‌ي اين مثال و مشابهت آن با موضوع اصلي بايد به نكات زير توجه كنيم:
1: اگر قرار است فنرِ بازشونده اندازه حركت به‌دست آورد محيط يك‌طرف فنر، جايي‌كه يك انتهاي فنر قرار دارد، بايد چگال‌تر از محيط طرف ديگر باشد.
2: چگاليِ طرفي كه فنر بدان‌سو اندازه حركت كسب مي‌كند بايد به‌اندازه‌ي كافي كم باشد تا اجازه دهد شتابي كه فنر بر اثر باز شدنش به‌دست مي‌آورد به‌اندازه‌ي كافي بزرگ و قابل توجه باشد. (به عبارت ديگر مي‌توانيم فرض كنيم كه امواج الكترومغناطيسيِ تايش شده باعث حركت (اضافه‌ي) تعداد معيني از مولكول‌هاي سطح، مشابه با تعدادي فنر بازشونده مي‌شوند، و به‌علتِ ضربات آنها بر مولكول‌هاي تكيه شده‌ي گاز مجاور، نيرويِ اِعمال شده‌اي بر مولكول‌هاي سطح وجود خواهد داشت. حال مي‌توانيم فرض كنيم هم تعداد معين فوق‌الذكر و هم مولكول‌هاي تكيه شده‌ي گاز مجاور، وقتي كه فشار گاز به‌طور قابل توجهي كم مي‌شود، به‌طور قابل توجهي تغيير نخواهند كرد. تغيير عمده، اگر فشار گاز كم بشود، اين است كه مولكول‌هاي ديگرِ گاز (كه هنگامي كه فشار بيشتر است بيشترند) وجود نخواهند داشت تا مانع شوند كه جسم شتاب بيشتر بگيرد. بنابراين جسم، شتاب بيشتري مي‌گيرد.)
3: جِرم فنر بايد به‌اندازه‌ي كافي كوچك باشد تا هنگام باز شدن شتابي به‌اندازه‌ي كافي بزرگ بگيرد.
توضيحي درباره‌ي شرط نخست: فرض كنيد فنر بدين‌گونه نامتقارن باشد كه يك انتهاي آن به جرمي وصل باشد كه سنگين‌تر از جرمي است كه به انتهاي ديگر وصل است (و مي‌تواند اصلاً وجود نداشته باشد). اگر اين فنر در فضايي تهي باز شود اندازه حركت كسب نخواهد كرد زيرا در تماس با محيطي مادي نيست و نيروي خالصي بر آن وارد نمي‌شود (هرچند كه انرژي فنر رها مي‌شود). اما اگر فنر در محيطي مادي واقع باشد كه چگالي‌اش براي دوطرف فنر يكسان است، آنگاه فنر به‌هنگامِ باز شدن به‌سمت طرفي كه به جرم سنگين‌تر وصل است شتاب (يا اندازه حركت) مي‌گيرد، زيرا روشن است كه پس از لحظه‌اي كه فنر رها مي‌شود جابه‌جاييِ انتهاي سنگين‌تر آن كمتر از جابه‌جاييِ انتهاي ديگر آن است و چون فاصله‌ي مولكول‌هاي تكيه شده از انتهاي فنر براي هر دو طرف فنر يكسان است انتهاي سبك‌تر فنر زودتر از انتهاي سنگين‌تر آن بر مولكول‌هاي گاز پيرامون تكيه خواهد كرد، بنابراين فنر نيز به‌سمت جهت انتهاي سنگين‌تر رانده مي‌شود. اين، دليل اين است كه چرا در راديومتر كروكس، گرچه چگالي‌هاي محيط در دوطرف هر پره يكسان است پره به‌سمت وجه بازتابان شتاب مي‌گيرد، زيرا پره بدين‌گونه قابل قياس با فنر نامتقارنِ فوق‌الذكر است كه وجهِ سياه آن انتهاي سبك‌تر فنر و جرم ميان آن انتهاي سنگين‌تر فنر است. وجود وجهِ بازتابان، براي داشتنِ يك نيروي خالصِ غيرصفرِ وارد بر پره لازم است. البته اگر وضعيت به‌گونه‌اي باشد كه تنها يك طرف بتواند گرم شود، احتمالاً لازم نخواهد بود كه طرف ديگر بازتابان باشد. چنين وضعيتي احتمالاً هنگامي به‌وجود مي‌آيد كه يك قطره‌ي ريز آب در هوا بر اثر پوتو ليزري تابش شده زير آن معلق مي‌مانَد، زيرا پرتو ليزري تنها سطح زيرين قطره‌ي ريز را گرم مي‌كند. (مطمئناً، علت اين تعليق، به‌اصطلاح فشار تابشي نيست، زيرا اگر اين‌گونه بود دليلي وجود نداشت كه قطره‌ي ريز در يك ارتفاع ثابت بالا و نزديك سطح ميز آزمايش معلق بماند و لزوماً به صعود خود ادامه مي‌داد.)
حال اگر براي فنر نامتقارن فوق‌الذكر، شرط اول نيز بدين‌گونه صادق باشد كه محيط جانب سبك‌تر (يا سياه)، چگال‌تر باشد، شتاب بيشتري خواهد گرفت.
پيشنهادهاي آزمايش
براي حذف آثار پديده‌ي ثانويِ فوق‌الذكر، آزمايش نيكولز (Nichols) و هول (Hull) را در خلأي از مرتبه‌ي 6-10 تور يا بهتر انجام دهيد. اگر دليل گردش آينه‌ها در اين آزمايش واقعاً فشار تابش باشد آنگاه انتظار داريم اين گردش در اين خلأ، نسبت به همين گردش در هوا، قوي‌تر انجام گيرد. اگر، درعوض، ضعيف‌تر باشد، آنگاه با درنظر گرفتنِ اين‌كه پديده‌ي ثانوي فوق‌الذكر حذف شده است بايد نتيجه بگيريم كه علت چرخش آينه‌ها در اين آزمايش، به‌اصطلاح فشار تابش نيست بلكه همان پديده‌ي ثانوي است. اما اگر قوي‌تر باشد انتظار داريم كه اگر اين آزمايش در اين خلأ براي پره‌هاي سياه شده انجام شود، بر اثر برخورد ناكشسان با سطوح سياه، نيروي وارد شده بر آنها، و بنابراين توان چرخش، كاهش يابد. دانستنِ اين‌كه واقعاً كدام‌يك رخ مي‌دهد نياز به اجراي اين آزمايش در چنين خلأي دارد.
همچنين آزمايش كروكس (Crooks) را در خلأ 6-10 تور يا در خلأي بهتر با پره‌هايي تماماً بازتابان (بدون هيچ سطح سياه) و با تابش عمود پرتوهاي ليزر به‌اندازه‌ي كافي قوي به‌طور يكي در ميان بر سطوح بازتابان، انجام دهيد. نتيجه‌ي اين آزمايش را با نتيجه‌ي همين آزمايش، هنگامي كه در خلأي نه به خوبي 6-10 تور انجام شود (يعني هنگامي كه فشار هوا در لامپ بيشتر باشد)، مقايسه كنيد. انتظار مي‌رود كه جهت چرخش پره‌ها در اين دو آزمايش يكسان باشد (گويا كه پرتوهاي ليزري درحالِ اِعمال نيرو بر پره‌ها هستند). اگر چرخش در آزمايش اول نسبت به آزمايش دوم قوي‌تر باشد ما بايد نتيجه بگيريم كه فشاري كه به‌عنوان فشار تابش الكترومغناطيسي ناميده مي‌شود علتِ چرخش است و آزمايش را با پره‌هايي داراي سطوح تماماً سياه (بدون هيچ سطح بازتاباني) تكرار كنيم و ببينيم آيا، همچنان‌كه براي سطوح سياه قابل انتظار است، توان چرخش كاهش مي‌يابد يا نه. و اگر چرخش در آزمايش اول نسبت به آزمايش دوم ضعيف‌تر باشد بايد نتيجه بگيريم كه علت چرخش، حتي براي سطوح بازتابان، پديده‌ي ثانوي فوق‌الذكر است نه به‌اصطلاح فشار تابشي الكترومغناطيسي.
براي بررسيِ عملي آنچه به‌طور نظري درمورد راديومتر كروكس ارائه گرديد پيشنهاد مي‌شود راديومتري به‌شرح زير ساخته شود:
مجموعه‌ي چهار پره‌اي راديومتر كروكس را به‌اين‌گونه تغيير دهيد كه دو پره‌ي مقابل از اين مجموعه، مثلاً a و b در شكل 1، در ترازي بالاتر از تراز محل دو پره‌ي ديگر، c و d، قرار گيرند درحالي كه كل مجموعه روي اسپيندل مركزي بالانس شده است. تيغه‌هاي شيشه‌اي نازك a'، b'، c'، و d' را روي وجه داخلي بدنه‌ي شيشه‌اي راديومتر به‌گونه‌اي بچسبانيد كه در يك موقعيت شروع، كه مي‌تواند با جذب پره‌ها توسط آهنربايي خارج از راديومتر حاصل شود، آن‌چنان‌كه در شكل 1 نشان داده شده است پره‌ها كاملاً مجاور و نزديك به تيغه‌ها باشند. همچنين در اين حالت، سطحي از هر پره كه نزديك يك تيغه است بايد سياه باشد و با جذب آهنربا بايد در اين حالت (يعني نزديك به تيغه) باقي بماند. (روشن است كه تيغه‌هاي a' و b' در ترازي بالاتر از تراز محل تيغه‌هاي c' و d' هستند زيرا تراز پره‌هاي a و b بالاتر از تراز پره‌هاي c و d است.)
قبل از شروع آزمايش، درحالي‌كه به‌واسطه‌ي جذب مغناطيسي، پره‌ها همچنان در تماس با تيغه‌ها مي‌مانند پرتوهاي گرمايي (شديد) بر اين وسيله‌ي آزمايش بتابانيد. در اين حال در يك لحظه آهنربا را به‌طور ناگهاني از وسيله‌ي آزمايش دور كنيد و شتاب به‌دست آمده به‌وسيله‌ي پره‌ها درطي چرخش 180 درجه‌اي آنها را مثلاً با ثبت زمان اين چرخش اندازه بگيريد. اين شتاب را با شتاب پره‌ها در يك راديومتر ديگر، كه كاملاً مشابه است مگر در تيغه‌ها(ي ثابت) كه بايد وجود نداشته باشد، مقايسه كنيد. اگر شتاب اولي بيش از دومي باشد نظريه‌ي ارائه شده در اين مقاله از جنبه‌ي آزمايشگاهي تأييد خواهد شد.

درصورتي كه اين نظريه با ساخت راديومتر فوق‌الذكر تأييد شود، احتمالاً قادر به ساخت نوع جديدي اكتينومتر (actinometer) يا تابش‌سنج به‌روش زير خواهيم بود: راديومتر فوق‌الذكر را با اِعمال اين تغييرات بسازيد: 1- تيغه‌هاي نازك ثابت آن درواقع گوه‌هايي باشد كه هر وجه آن (آن‌چنان‌كه در شكل 2 نشان داده شده است) در امتداد يك شعاع از محفظه است. جنس هر تيغه نارسانا (مثلاً شيشه‌اي) باشد، و هر دو وجه هر تيغه سياه شده باشد. 2- پره‌ها نازك باشند. جنس پره‌ها از شيشه‌اي شفاف باشد و هيچ وجهي از هيچ پره‌اي سياه نشده باشد. در اين حال انتظار مي‌رود زاويه‌ي بين مجموعه‌هاي پره‌ها و تيغه‌ها (از °0 تا °45) متناسب با شدت تابش فرود آمده بر سطوح سياه ثابت تيغه‌ها باشد. مثلاً اگر تابش، عمدتاً بر سطوح 1 از تيغه‌ها بيفتد انتظار مي‌رود θ عملاً درحدود °0 باشد، و اگر عمدتاً بر سطوح 2 بيفتد انتظار مي‌رود اين زاويه درحدود °90 باشد. روشن است كه اگر شدت تابش بر سطوح 1 و 2 يكسان باشد انتظار مي‌رود θ برابر با °45 باشد، و اگر مثلاً شدت تابش بر 2 بيش از شدت تابش بر 1 باشد °45<θ انتظار مي‌رود. بدين‌ترتيب، از اين وسيله مي‌توان براي اندازه‌گيري (تقريبي) شدت تابش استفاده كرد.
فرمت PDF اين مقاله را در اينجا ببينيد : https://sites.google.com/site/essaysforrasekhoon/home/Crooks.pdf