圖片：光能輻射計(光風車)的照光實驗操作
作者：嚴融怡
光風車又稱為太陽輻射計、輻射計(Radiometer)、光能輻射計(light mill)、克魯克斯輻射計（Crookes radiometer）、太陽風車、光風車以及葉輪輻射計等，是一個內部氣密或填充稀薄空氣的玻璃球中架設一組立在針上的金屬(例如鋁和其他金屬一面塗黑)或雲母(一面塗黑)的四片葉片。在密閉容器當中可使葉片附近的空氣壓力差在初始狀態保持一致。當太陽光或手電筒等光源照射到玻璃球內會使葉片跟著轉動，葉片由於置於尖針可減少摩擦力，光線愈強旋轉愈快，進而能夠提供簡易的電磁輻射強度的定量分析。
這套裝置最初是由英國化學家威廉·克魯克斯(William Crookes)在1873年所發明。他當時由於要進行精密的定量化學分析，因此進行真空稱重，但卻發現在真空稱重樣品時，只要光線照射到天平便會讓稱量難以穩定。為了探討背後的成因，因此他設計了這項儀器，此後曾有十多年科學界對於葉片旋轉的原因有過相當多的討論，現今這一裝置主要運用於物理教育和能源教育，是光能運行的熱機演示很具有代表性的儀器。在能源教育日益重要的今日，這也是可以給中小學生演示太陽能發電(太陽能→動能轉換)很不錯的教具。
圖片：光風車旋轉的簡易示意圖
光風車葉片的黑色面會比銀色面較能吸收較高的輻射熱，而銀色面則輻射熱吸收量少甚至會反射輻射熱進而造成其溫度在一段時間中維持不變。依據氣體動力論（kinetic theory of gases），溫度愈高氣體分子速率愈高，因此當輻射熱使黑色面附近溫度升高，並造成附近氣體分子平均動能增加時；銀色面附近的氣體分子平均動能卻維持不變；於是黑色面受到氣體分子碰撞的力道較強，黑色面和銀色面附近的空氣壓力差使金屬片轉動。這樣的葉片轉動維持銀色面在前，而黑色面在後。但是當氣體分子不再接受輻射熱而使葉片逐漸冷卻時，葉片則會反向旋轉。
光風車相當敏感，當暴露於陽光、室內燈光或甚至紅外線（像是學生把手放在玻璃球上如果施加熱量足夠時）等情形，都可能會導致葉片有所轉動。光風車雖然已經有一百多年的歷史，但實際上有關它運轉的機制仍然有很多尚未完全解決的問題，上個世紀就連愛因斯坦也曾經投入過對於光風車運轉原因的研究，他發現葉片邊緣所存在的溫差，可能會導致其中無法完全抵消的壓力。這篇文章當中所提及的原理則是經過很多科學家的努力之後在時下最盛行的簡易理論。
但是實際上直至近幾年也仍然有一些研究試圖從更細微的近代物理的觀點來詮釋光風車運轉的原因，像是史丹佛大學(Stanford University, California, USA)的Liu, Jerry Z.就發現光風車運轉時，氣體原子中的電子吸收能量時，激發的電子會躍升到更高的軌道，擴大電子雲和原子的尺寸，同時在幾納秒內縮短與鄰近原子的距離。當原子間距突然減小，會打破它們之間的力平衡，進而在原子/分子之間產生了排斥力。當空氣分子與光風車葉片表面的分子之間發生交叉碰撞時，空氣分子會被巨大的動量踢開，如同爆米花一般，進而將葉片朝相反的方向驅動。近幾年也仍然有科學家在持續進行光風車裝置的改進。
圖片：LED手電筒搭配合光稜鏡以不同色光照射光風車
參考引用資料：
交大國立交通大學示範物理(2016年11月14日)。光風車。
https://www.youtube.com/watch?v=nDN5tAfLXUY
周祥順(2011年1月5日)。光子風車？氣體壓力差造成旋轉。科技大觀園。
https://scitechvista.nat.gov.tw/Article/c000003/detail?ID=2f3d8b59-2a3d-4e9d-9105-8a0402dca73a
鄭永銘(2014年8月23日)。葉輪輻射計。跟著鄭大師玩科學。https://www.masters.tw/420/%E8%91%89%E8%BC%AA%E8%BC%BB%E5%B0%84%E8%A8%88
Crookes radiometer. (2004, May 28). In Wikipedia, the free encyclopedia. Retrieved June 6, 2024, from https://en.wikipedia.org/wiki/Crookes_radiometer
Liu, J. Z. (2024). The Process Driving Crookes Radiometers. Stanford University, California, USA. https://cs.stanford.edu/people/zjl/mill.html
Williams, H. (2022). Comparison of forces for the Crookes and Hettner radiometers. Phys. Educ. 57, 025022 (4pp). https://wrap.warwick.ac.uk/162012/1/WRAP-comparison-forces-Crookes-Hettner-radiometers-Williams-2022.pdf
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