Sir William Crookes byl jedním z nejúspěšnějších fysiků, ba i chemiků minulého století. Zabýval se důkladně katodovými paprsky, které před ním nedlouho objevil Hittorf a prokázal jejich mechanický účinek, když v uzavřeném prostoru jim postaví do cesty lehké slídové kolečko s lopatkami, které se roztočilo. Podobně prokázal účinek tepelných paprsků na lehký otočný systém uzavřený v baňce, z níž však byl vzduch vyčerpán jen částečně - a to je právě jeho radiometr, o němž pojednáme.

Pro úplnost je třeba dodat, že Crookes objevil roku 1861 tehdy nový prvek thalium a nebudeme ani ostýchavě zamlčovat, že se zabýval též v té době módním spiritismem. Dobrý přírodovědec zkoumá všechny jevy, které jej zajímají, a snaží se vysvětlit je. Pokud vysvětlení nelze nalézt na úrovni současné vědy — a takových problémů je i dnes celá řada - připomeňme znovu diskutovaný problém neutrin a energetických zdrojů Slunce - problém nepopře, ani „nevysvětlí" banálně jednoduchým a tedy i špatným způsobem, ale ponechá jej na pozdější příhodnější dobu. 

 Crookesův radiometr, někdy zvaný taká větrníček, se nedávno dostal na scénu v souvislosti s tzv. psychickou energií, již se snažil marně vysvětlit již Crookes, nikoliv ovšem pomocí tohoto radiometru. Je jen škoda, že tento poměrné jednoduchý přístrojek není nikde již k dostání, ačkoliv stará generace pamatuje, že byl před válkou často používán za výlohami výkladu jako poutač, který se točil zdánlivě sám od sebe — tedy jakési perpetum mobile. Ve skutečnosti energii k otáčení mu dodávaly žárovky nebo tepelné záření Slunce.

Z obrázku 1 vidíme, že ve skleněné baňce s vhodným stojanem je uvnitř natavena ocelová jehla a na ní na skleněném ložisku jsou symetricky připojeny čtyři čtverhranné slídové destičky, na jedné straně začerněné. Po dopadu tepelného záření, ať již jde o žárovku, svíčku, horká kamna nebo sluneční záření se tento systém roztočí a to světlou stranou vpřed. Pohyb je způsoben tím, že černá strana, pohlcuje více tepla než strana světlá a následkem toho se u ní zvyšuje kinetická energie zbylých molekul vzduchu, což uvede systém v pohyb.

 Můžeme se přesvědčit, např. pomocí diaprojektoru a barevných skleněných filtrů, ze lopatky se otáčejí v bílém původním světle, ve světle červeném, oranžovém i žlutém, které obsahují stále dostatek infračervených paprsků, avšak neotáčejí se ve světle modrém nebo zeleném, popř. ve světle monochromatickém (sodíková výbojka) nebo ve světle, z něhož byly tepelné paprsky odfiltrovány, např. slabě zeleným determálním filtrem. Můžeme se přesvědčit, že vzdalováním tepelného zdroje se rychlost otáčení větrníčku snižuje a můžeme se rovněž přesvědčit o vlivu třeba částečného směrování světla stínítkem nebo parabolickým zrcadlem. Sklo ovšem propouští infračervené paprsky maximálně do vlnové délky 2,5 mm, proto jsou účinné tepelné zdroje s vyšší teplotou, jako je žárovka či Slunce, které maximum zářivosti (Wienův a Planckův vyzařovací zákon) mají posunuto ke kratším vlnám. Proto tělesa rozžhavená na nižší teploty (kamna, vařič) působí na radiometr poměrně slabě, neboť jejich maximum vyzařování leží nad 3 mm. Můžeme se rovněž přesvědčit, že silnější sklo, zejména zelenavé, značně snižuje otáčení lopatek a rovněž voda, která začíná, pohlcovat tepelné záření již od 0,8 mm.

 Popišme, však další pokusy. Nastavme vzdálenost, mezi radiometrem a žárovkou tak, aby se lopatky otočily 15 až 20 krát za minutu. Ač by pro počítání otáček byl vhodný malý elektronický počítač, vidíme i pouhým okem a můžeme při troše pozornosti spočítat, že obrátky s časem klesají a po určité době může dojít i k zastavení. Poznamenejme si polohu radiometru vzhledem k žárovce a ochlaďme radiometr v ledničce. Když jej asi po pěti minutách vyjmeme a dáme na původní místo, bude se dosti rychle opět točit, ačkoliv se vzdálenost od žárovky ani její teplota zřejmě nezměnila. To nám naznačuje, že rychlost otáčení lopatek nezávisí jen na tepelné intenzitě zdroje, jeho spektrálním rozložení a vzdálenosti, ale zřejmě i na teplotě samotného radiometru.

Dejme nyní radiometr do sušárny nebo plynové trouby, vyhřáté asi na 80 st. C. Ihned po vnoření do teplého prostoru se lopatky prudce roztočí. Uzavřeme dvířka sušárny a otevřeme je za 3 až 4 minuty. K našemu údivu lopatky budou nehybné. Ještě více se asi podivíme, když radiometr vyjmeme a postavíme na stůl avšak mimo dosah tepelných zdrojů. Začne se sám prudce točit avšak otáčení se zpomaluje, až se zastaví. 

Pozoruhodné však je, že radiometr se nyní točí opačným směrem, tedy černou plochou dopředu. Tento náš stěžejní pokus prokazuje, že ohřátý radiometr teplo do okolí (které je chladnější) vydává a proto nastává opačný pochod i opačný směr otáčení. Jinými slovy, radiometr se vždy začne otáčet, jestliže jeho teplota je rozdílná od teploty okolí a vnitřní kinetický tlak překoná tření ložiska.  V čase, kdy se teplota radiometru a okolí vyrovná (s ohledem na tření), lopatky se zastaví, což jsme pozorovali po vložení do sušárny i po opětném vyjmutí ven. V případě žárovky pochopitelně vyrovnáním teplot míníme nejbližší teplotu okolí radiometru, resp. teplotu jeho povrchu (baňky), nikoliv pochopitelně teplotu vlákna žárovky.

Překonání odporu tření v ložisku ovšem určitý malý tepelný tok vyžaduje. Radiometr tedy působí jako citlivé teplotně radiační „váhy", a vyměňuje si radiační teplotu se svým okolím podle  zjednodušeného vzorce Stefan-Bolzmannova:

 F = j  . i (T₁⁴ – T₂⁴),

 kde F = tepelný tok, j  = úhel dopadu paprsků, i = koeficient tepelného přenosu, T₁ = absolutní teplota tělesa o vyšší teplotě, T₂ = absolutní teplota tělesa o nižší teplotě, zde radiometru.

Označíme-li tepelný tok potřebný k překonání tření v ložisku F´, potom je zřejmé, že F´> F.

Z rovnice dále vyplývá, že tepelný tok muže být ovlivněn směrováním paprsků a změnou konstanty přenosu tepla (j , i) a dále, že v případě čtvrtých mocnin stačí zcela nepatrná změna teploty,  aby se F´ podstatně změnil.

O tom se můžeme přesvědčit v poslední sérii pokusů, kdy pomocí žárovky roztočíme lopatky radiometru na 10 až 20 otáček za minutu a systém ponecháme v klidu tak dlouho, až se rychlost ustálí. Přitom pravděpodobně budeme muset vzdálenost žárovky a radiometru zmenšit. Po ustálení rychlosti otálení dáme po straně nejprve bílou nebo lesklou kovovou plochu a později ji vyměníme za drsnou tmavou.

Můžeme pak zjistit, že se lopatky radiometru zpomalují nebo se zastavují, jestliže černá plocha je natočena k žárovce nebo bílá plocha k radiometru a naopak. Podobně můžeme ze strany k žárovce postavit tmavou dutinu (d), která otáčky radiometru zpomalí, ale namířena na radiometr nebo postavena za něj otáčky zrychlí, prostě tím, že „odčerpává" po jistou dobu teplo z teplotního pole žárovky nebo radiometru (obr. 2). Při vhodném oblečení může takové zpomalování až zastavení provést i poblíž sedící osoba. Budí to dojem, o její „psychické síle", ve skutečnosti nastává distorse radiačního pole třetím tělesem. 

Ing.Věnceslav Patrovský,CSc.

??? roč. 54, 8.1.1977, s. 213 - 216