¿RADIOMETRO SOLAR o MOLINILLO TÉRMICO?

Aunque, como ya veremos, su nombre lleva a engaño porque ni mide ni es solar, éste es un aparato con grandes posibilidades para entender algunos aspectos de la Física.

También conocido como Molinillo de Luz o Radiómetro de Crookes, este dispositivo fue desarrollado en 1873 por el químico de origen inglés sir William Crookes (1832 - 1919) a partir de observaciones realizadas (y que no tenían nada que ver) en sus investigaciones sobre un nuevo elemento químico que acababa de descubrir en 1861: el Talio (Tl). Este dispositivo, que a primera vista parece una bombilla de incandescencia, está constituido por un bulbo en cuyo interior se ha realizado un vacío parcial. Las cuatro aspas están construidas de igual forma: con una cara plateada y otra oscura. Todo el conjunto se encuentra suspendido sobre una aguja.

Williams Crookes

La explicación de su funcionamiento no fue tan sencilla como parece a primera vista, e incluso, el propio Crookes ofreció una explicación errónea del mismo: La luz golpea las aspas del molinillo con sus fotones. La luz que golpea las caras negras es absorbida mientras que la de las blancas es rebotada (un cuerpo negro se calienta antes al sol que uno blanco) y esto hace que el balance total de golpes de las partículas de luz sea mayor en las caras blancas que en las negras, habiendo una fuerza total que haga girar el molinillo. Error. Si esto fuese verdad, giraría en sentido contrario al que realmente lo hace. Muchos científicos trabajaron en la explicación de este fenómeno: Martin Knudsen, James C. Maxwell, Albert Einstein u Osborne  Reynolds. En la actualidad, aunque no hay unanimidad, parece que la explicación más aceptada en una combinación de las idea de A. Einstein y O. Reynolds.

La explicación más aceptada la propuso O. Reynolds, en 1879, al hablar de  la Transpiración Térmica, que es el flujo de gas a través de una superficie porosa causado por una diferencia de temperatura en ambos lados del aspa.

Osborne Reynolds

La primera objeción se obvia: Las aspas del radiómetro no tienen poros. Debemos fijarnos en los bordes de las aspas. Miremos las aspas desde arriba. La parte inferior de nuestra línea corresponde al lado negro (más caliente) y la superior al lado blanco (más frío). Las moléculas que chocan en los bordes desde el lado caliente son, en promedio, más que las del lado frío, y por tanto, el resultado final es que en los bordes tenemos una fuerza hacia el lado blanco, que hace girar el dispositivo. Este efecto es conocido como Deslizamiento o Arrastre Térmico porque arrastra las moléculas a lo largo de una superficie donde hay un gradiente térmico (variación gradual de temperatura).

Una explicación parcial ya planteada con anterioridad fue puesta en valor nuevamente por A. Einstein. Las moléculas del gas que chocan en el lado caliente del aspa aumentarán un poco la velocidad del aspa. Si una molécula da este empuje extra eficaz, implica que una mínima presión es ejercida sobre el aspa. El desequilibrio de este efecto entre el lado caliente y el frío genera una presión neta equivalente a un empuje en el lado negro, resultando un giro con el lado negro atrás, tal y como vemos funcionar al aparato. El problema fue que el movimiento de las moléculas más rápidas produce más fuerza, pero también frena a las otras moléculas que van a chocar en el aspa. Por lo tanto, la fuerza total en el aspa debería ser exactamente la misma ya que una mayor temperatura disminuye la densidad (se dispersan más las moléculas y dejan más espacio libre) resultando la misma fuerza en ambos lados. Años después de que esta explicación fuese descartada, A. Einstein mostró que debido a la diferencia de temperatura en los bordes las dos presiones no se cancelan totalmente. La fuerza predicha por A. Einstein sería suficiente como para mover las aspas, pero no tan rápido como lo observamos en la  realidad.

Actualmente,  la explicación más aceptada es una suma de la presión de O. Reynolds y la de A. Eisntein.

Podemos concluir que es la diferencia de temperatura la responsable del movimiento de nuestro aparato. Para demostrarlo, en el vídeo se muestran dos experimentos:

1. Poner el molinillo bajo la acción de un secador de pelo.

2. Poner el molinillo bajo la acción de una placas de congelación. En este caso, y es el único, nuestro aparato gira en sentido contrario (la cara oscura por delante) debido a que esta cara se enfría antes.

En conclusión, lo que nos venden como un Radiómetro no es más que un Molinillo Térmico. No gira, como se indica en la misma caja del aparato, por la fuerza de la luz solar. La presión que ejerce la luz del sol es muy, muy pequeña, de modo que la presión que hace realmente sobre las aspas del molinillo es tan pequeña que no es capaz de vencer la fuerza de rozamiento que hace la puta de la aguja sobre la cápsula de vidrio. Los radiómetros de verdad, que miden la presión de radiación de la luz, son muy diferentes: cuelga de un hilo largo tal que no genera rozamiento y es prácticamente libre de girar. Además, está en una cámara de alto vacío, donde se ha extraído todo vestigio de materia gaseosa posible. Entonces, y sólo entonces, el radiómetro gira en el sentido que predice la presión de radiación, el que predice la teoría electromagnética de J. C. Maxwell, la que predijo W. Crookes.