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光子風車
光可以使扇葉轉動嗎?讓我們做一個有趣的實驗。桌上有一個玻璃燈泡,燈泡中有四片可自由轉動的金屬片。金屬片一面為黑色,另一面為銀白色。打開手電筒讓光照在金屬片上,金屬片便會快速轉動,彷彿是光子風車。仔細觀察,金屬片轉動時銀白色面在前,黑色面在後。為什麼光可以使金屬片轉動呢?這與氣體分子的行為有關。氣體分子撞擊金屬片會對金屬片施力,氣體分子速率愈大撞擊力愈強(想想看被高速球擊中的情形)。金屬片的黑色面會吸光而銀白色面會反光,因此黑色面附近的氣體溫度比銀白色面附近的氣體溫度高。根據氣體動力論(kinetic theory of gases),溫度愈高氣體分子速率愈大,因此黑色面附近的氣體分子速率比銀白色面附近的氣體分子速率大。如前文所述,氣體分子速率愈大撞擊力愈強,因此黑色面受到氣體分子撞擊力較大,兩面的壓力差使金屬片轉動。轉動時銀白色面在前,黑色面在後。
 
 
光可以使扇葉轉動嗎?讓我們做一個有趣的實驗。桌上有一個玻璃燈泡,燈泡中有四片可自由轉動的金屬片。金屬片一面為黑色,另一面為銀白色。打開手電筒讓光照在金屬片上,金屬片便會快速轉動,彷彿是光子風車。仔細觀察,金屬片轉動時銀白色面在前,黑色面在後。

為什麼光可以使金屬片轉動呢?這與氣體分子的行為有關。氣體分子撞擊金屬片會對金屬片施力,氣體分子速率愈大撞擊力愈強(想想看被高速球擊中的情形)。金屬片的黑色面會吸光而銀白色面會反光,因此黑色面附近的氣體溫度比銀白色面附近的氣體溫度高。根據氣體動力論(kinetic theory of gases),溫度愈高氣體分子速率愈大,因此黑色面附近的氣體分子速率比銀白色面附近的氣體分子速率大。如前文所述,氣體分子速率愈大撞擊力愈強,因此黑色面受到氣體分子撞擊力較大,兩面的壓力差使金屬片轉動。轉動時銀白色面在前,黑色面在後。

資料提供

海洋大學光電科學研究所 周祥順 教授
E-mail:hschou@mail.ntou.edu.tw
 
延伸閱讀:
細說「光子風車」
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氣動力(3)
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