光風車(輻射計)Radiometer
文 & 繪圖/汪澤承
數理資優班2016年畢業班
老師上課時提到的問題:光風車是用何種原理轉動,於是去借了一本D. Halliday所寫的『物理﹙下﹚』的書來參考,說了輻射壓的理論可以解釋這種現象,就查了輻射壓的章節,發現輻射壓是不能完全說明真正的原理。
光風車的特殊之處在於照到光就會動.
圖中是光風車的樣子。
光風車最主要的論點就是氣體動力論, 氣體動力論是描述氣體為大量作動永不停息的隨機運動的粒子（原子或分子，物理學上一般不加區分，都稱作分子）。快速運動的分子不斷地碰撞其他分子或容器的壁面。分子動理論就是通過分子組分和運動來解釋氣體的宏觀性質，如壓強、溫度、體積等。
分子太小而不能直接看到。 在顯微鏡下花粉顆粒或塵埃粒子做的無規則運動——布朗運動，便是分子碰撞的直接結果。這可以作為分子存在的證據。
氣體動力論建立在如下假設之上：
• 氣體由大量小粒子組成，這些小粒子稱之為分子。分子之間的距離遠遠大於自身的大小。
• 所有分子都具有相同的質量。
• 分子數量巨大，可以進行統計處理。
• 分子做著不息的快速的隨機運動。
• 分子不斷彼此碰撞，或與容器器壁進行碰撞，這些碰撞都是彈性碰撞。
• 除了碰撞之外，分子之間的交互作用可以忽略。
• 氣體分子平均平動動能只依賴於系統溫度。
• 分子與容器器壁的碰撞時間遠遠小於兩次碰撞間隔時間。
• 分子具有質量，會受到萬有引力的影響。
所以依照氣體動力論來看,因為黑色會吸熱,應該是從黑色的部分轉到白色的部分。
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但是以輻射壓（光壓）來解釋, 方向卻不是如此。
因為輻射壓理論（光壓）是電磁輻射對所有暴露在其下的物體表面所施加的壓力。如果被吸收，壓力是流量密度除以光速；如果完全被反射，輻射壓將會加倍。因此, 白色面的能量為黑色面能量的兩倍.
這是吸收和反射時能量的差別:
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理論
或許由電磁學理論顯示，在量子論或熱力學都沒有對輻射本質做任何的假設，暴露在空間的物體表面，每單位體積所承受的壓力是在該空間內來自四面八方的總壓力的三分之一。.
對於黑體輻射，被暴露的表面是平衡的，能量密度是符合斯特凡-波茲曼定律的，等於σT4/3c；此處σ是斯特凡-波茲曼常數，c 是光速，T是該處空間的絕對溫度。三分之一的能量等於 6.305×10−17T4 J/(m3K4)，因此是與前述以壓力單位巴(Pa)表示的是相等的。
在行星際空間
例如，在水的沸點（373.15K），輻射壓只有3微巴（約為每平方英里兩磅的力）。如果輻射具有方向性（在行星際空間，來自太陽的能量流佔有壓倒性的份量），輻射壓可增強三倍，達到σT4/c；如果物體是理想的反射體，壓力還可以倍增成為2σT4/c。一個太陽帆位於輻射溫度相當於水的沸點之處，會承受到22微巴的輻射壓，或是接近13lbf/sq mi。如此微弱的輻射壓，還是可以對微小的質點，像是氣體、離子和電子，產生明顯的作用， 並且對來自太陽、彗星物質等等發射電子的理論是很重要的。
在星際空間
在恆星內部的溫度非常高，恆星模型預測太陽在核心的溫度約1,500萬K，超巨星核心的溫度更高達10億K。輻射壓與溫度的四次方成正比，因此在這樣的高溫下溫度是很重要的因素。在太陽，輻射壓力與氣體壓力比較仍是微不足道的；但在大質量的恆星，輻射壓是所有壓力中最主要的成分。
現在設力量為一,光壓能量為6.305乘上10的-17次方 ,氣體動力的能量為 = KT,所以氣體的力量較大。
最後,經過測量,發現氣體動力論產生的動力大於輻射壓產生的動力,所以是從黑色的部分轉到白色。
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