مقياس إشعاع كروكس

مقياس إشعاع كروكس مصباح مفرَّغ جزئيًا يحوي دوّارًا بريشات، وجهٌ أسود وآخر فضّي أو أبيض. وعند تعريضه لمصدر طاقة مشعّة يتصرّف كآلة حرارية: يُحوَّل فيه فرقُ الحرارة إلى حركة. المبدأ — الحركة بالامتصاص الأسود: يسخن الوجه الأسود للريشة أسرع من الوجه الفضّي لأنّه يمتصّ الطاقة المشعّة أكثر. تسخن جزيئات الهواء الداخلية عند ملامستها الوجه الأسود، فيتعرّض الوجه الأسخن لقوّة تدفعه إلى الأمام. تبرد الجزيئات عند ملامستها الزجاج الباقي في حرارة الجوّ: وهذا الفقد الحراري يحفظ استقرار الحرارة الداخلية ويُدِيم الفرق بين الوجهين. يجب أن يكون وجها الريشة معزولين حراريًا بعضهما عن بعض — ويكفي الطلاء الأسود أو الأبيض حين تكون الريشات معدنية. ينبغي أن يبقى الضغط الداخلي في مجال ضيّق: فالتفريغ الشديد لا يترك جزيئات كافية لتوليد تيّارات الهواء، والضغط المرتفع يكبح الحركة بمقاومة الهواء. المبدأ — الحركة بالإشعاع الأسود: إذا سُخّن دون مصدر ضوئي دار في الاتجاه المباشر والوجوه السوداء إلى الخلف. فالزجاج يحجب جزءًا كبيرًا من الأشعة تحت الحمراء البعيدة، بينما تنفذ منه القريبة والضوء المرئي بسهولة. وإذا بُرّد سريعًا دار في الاتجاه المعاكس والوجوه الفضّية إلى الخلف: فالوجوه السوداء تبرد أسرع من البيضاء. ويتوقّف الدوران المعاكس عند الاتزان بعد دقيقة أو دقيقتين — بخلاف ضوء الشمس الذي يُدِيم الدوران المباشر النهار كلّه. الخصائص: عندما يُوجَّه مصدر طاقة مشعّة إلى مقياس إشعاع كروكس، يتحوّل إلى محرّك حراري. والمحرّك الحراري يحوّل فرق الحرارة إلى شغل ميكانيكي. وهنا يصير الوجه الأسود للريشة أسخن من الآخر، إذ تسخّنه الطاقة المشعّة بامتصاص الجسم الأسود أسرع من الوجه الفضّي أو الأبيض. وتسخن جزيئات الهواء الداخلي عند ملامستها هذا الوجه، فتتعرّض الجهة الأسخن لقوّة تدفعها إلى الأمام. ترتفع الحرارة الداخلية بينما تمنح الريش السوداء حرارتها لجزيئات الهواء، غير أنّ هذه الجزيئات تبرد من جديد عند ملامستها جدار الزجاج الباقي في حرارة المحيط. وهذا الفقد الحراري عبر الزجاج يُبقي حرارة الأمبولة مستقرّة، فينشأ فرق بين وجهَي الريشة. فالوجوه البيضاء أو الفضّية أدفأ قليلًا من هواء الداخل لكنّها أبرد من الوجه الأسود، إذ يصلها بعض حرارته بالتوصيل. ويجب أن يكون الوجهان معزولَين حراريًا إلى حدّ ما، حتى لا يبلغ الوجه المصقول حرارة الوجه الأسود فورًا؛ وفي الريش المعدنية يقوم الطلاء نفسه مقام العازل. ويبقى الزجاج أقرب بكثير إلى حرارة المحيط من الوجه الأسود، ويساعد الهواء الخارجي على تبديد حرارته. يجب أن يكون ضغط الهواء داخل الأمبولة وسطًا بين الشدّة والضعف. فالتفريغ القويّ يمنع الحركة، إذ لا تكفي جزيئات الهواء لتوليد التيّارات التي تدفع الريش وتنقل الحرارة إلى الخارج قبل أن يتعادل وجها الريشة حراريًا بالتوصيل عبر مادّتها. والضغط الداخلي المرتفع يمنعها أيضًا، لأنّ فروق الحرارة لا تعود كافية لدفع الريش في هواء أكثف: فالمقاومة أكبر من أن تسمح بنشوء دوّامات، وأيّ حركة هواء طفيفة ناشئة عن فرق الحرارة يخمدها الضغط المرتفع قبل أن تلتفّ إلى الوجه الآخر. إذا سُخِّن المقياس بعيدًا عن أيّ مصدر ضوئي، دار في الاتجاه الأمامي، بحيث تتخلّف الوجوه السوداء. وإذا قُرِّبت اليدان من الأمبولة دون لمسها، دارت الريش ببطء أو لم تدر أصلًا؛ أمّا لمس الزجاج لتدفئته بسرعة فيجعل الدوران أوضح. فالزجاج المسخّن مباشرةً يصدر أشعّة تحت حمراء تكفي لتدوير الريش، بينما يحجب قسمًا كبيرًا من الأشعّة تحت الحمراء البعيدة الآتية من مصدر حرارة دون تماسّ. أمّا الأشعّة تحت الحمراء القريبة والضوء المرئي فتنفذ عبر الزجاج بيسر أكبر. إذا بُرِّدت الأمبولة بسرعة بعيدًا عن أيّ مصدر ضوئي قويّ — بوضع الثلج عليها أو بإدخالها المُجمّد مع إبقاء الباب شبه مغلق — دارت الدوّارة في الاتجاه المعاكس، بحيث تتخلّف الوجوه الفضّية. وهذا يُظهر إشعاع الجسم الأسود من الوجوه السوداء للريش، لا امتصاصه. وتدور العجلة عكسيًا لأنّ التبادل الحراري الصافي مع المحيط يبرّد الوجوه السوداء أسرع من البيضاء في البداية. وعند بلوغ التوازن، بعد دقيقة أو دقيقتين عادةً، يتوقّف الدوران العكسي — بخلاف ضوء الشمس، الذي يُبقي الدوران في الاتجاه الأمامي طوال النهار.