مطالعۀ آزمايشگاهي عملكرد راديومتر كروكس

An Experimental Study of Crookes Radiometer

اين مقاله به بررسي و مطالعۀ آزمايشگاهي عملكرد پره­ هاي پمپ­ هاي راديومتريك مي ­پردازد. يك نمونه از اين پمپ­ هاي راديومتريك، راديومتر كروكس است كه شامل محفظ ه­اي شيشه­ اي شكل است كه درون آن خلأ است. داخل اين محفظۀ شيشه ­اي پره ­هايي برروي يك سوزن قرار دارند. يك طرف از اين پره ­ها به‌صورت براق و سمت ديگر به‌صورت تيره هستند. در اين پژوهش براي اولين‌بار مكانيزمي براي تعيين دما به‌صورت مستقيم از روي پره­ هاي سرد و گرم درنظر گرفته شده‌است. مشاهده مي­ شود كه نيروي اندازه­ گيري‌شده با اختلاف دماي ميان دو سر پره متناسب است و اين تناسب به‌صورت خطي است؛ اما اين ارتباط تنها تا بيشينۀ اختلاف دما صادق است. سرعت زاويه ­اي پره ­ها نيز توسط يك تاكومتر ليزري اندازه‌گيري شده‌است. براي محاسبۀ نيرو از سرعت اندازه‌گيري‌شده استفاده شده‌است. اين مطالعه در سه بخش صورت گرفته‌است. بخش اول (آزمايشگاهي) ساخت يك نمونه راديومتر كروكس است. بخش دوم شامل مطالعه و بازخواني تحليل جريان راديومتريك و تئوري­ هاي مربوط به نيروي راديومتريك مي­باشد و در بخش سوم مقايسۀ نتايج آزمايشگاهي و تئوري­هاي موجود در قسمت آزمايشگاهي انجام شده‌است. اين آزمايش در چهار فشار كاري 30 pa، 6 pa، 0.6pa، و 0.06 pa انجام شده‌است. هر فشار به‌ترتيب نمايندۀ اعداد نودسن 0.05، 0.1، 1 و 10 و يك رژيم جريان است. بيشينۀ نيرو­ها در فشار 6 pa و بيشينۀ سرعت در فشار 0.6 pa مشاهده شد كه با داده­هاي تئوري تطابق خوبي دارد.

This paper investigates and studies the vanes of radiometric pumps. An example of a radiometric pump is the Crooks radiometer, which consists of an airtight glass bulb containing a partial vacuum, with a set of vanes mounted on a spindle inside. One side of the vane is white, and the other side is black. In this study, for the first time, a mechanism to measure the temperature directly from hot and cold blades is considered. It is observed that the measured force is proportional to the temperature difference between the two blade ends, and this proportionality is linear. But this relationship is only valid up to the maximum temperature difference. The angular velocity of the blades was also measured by a laser tachometer. The measured velocity is used to calculate the force. This study has been performed in three parts. Part 1 (Laboratory): Designing and constructing a radiometer with different types of vanes. Part II includes the study and review of radiometric flow analysis and theories related to radiometric force. In the third part, a comparison of laboratory results and theories is reported. The tests were performed at four working pressures of 30 pa, 6 pa, 0.6pa, and 0.06 pa. These pressures represent the Knudsen numbers of 0.05, 0.1, 1 and 10 and different flow regimes, respectively. Maximum forces were observed at a pressure of 6 pa and maximum velocity at 0.6 pa, which is in a cooperative agreement with the theoretical data.