物理

生物液晶〈Biological Liquid Crystals〉

生物液晶(Biological Liquid Crystals)
國立台南第一高級中學二年級陳立倫/國立台南第一高級中學物理科王俊乃老師/國立彰化師範大學物理學系洪連輝教授責任編輯

在生物系統存在豐富的液向型液晶相 (Lyotropic liquid-crystalline phases),相關研究可參考 polymorphism。因此,液向型液晶在仿生化學領域中,特別引起注意。尤其,生物膜和細胞膜就是液晶的形式。因為分子(例如:磷脂 phospholipids)垂直於膜表面,而且膜可承受某一範圍內的彈性壓力,所以表現出某一些方向有彈性。這些脂質有不同的形狀(詳參<脂質多樣性 lipid polymorphism>)。分子可以輕易地混合,但不易脫離膜,因為需要很高的能量。脂質分子可以在膜與膜之間彈跳,此過程被flippase和floppase催化(與移動的方向有關)。這些液晶膜相也可以讓像感受體的重要蛋白質自由地部分在內部、或部分在外部的膜上”漂浮”,例如CCT。

二極體 〈Diode〉

二極體 (Diode)
高雄市立高雄高級中學物理科盧政良老師/國立彰化師範大學物理學系洪連輝教授責任編輯

電子元件當中,二極體是一種具有兩個(也只有兩個)電極的裝置(除了熱游離二極體thermionic diodes可能還會多一到兩條加熱用的輔助端)。二極體有兩個主要的電極可以使想要的訊號通過,大部分的使用上是應用其整流的功能。而變容二極體varicap diode則用來當作電子式的可調電容器。

大部分二極體所具備的電流方向性我們通常稱之為「整流rectifying」 功能。二極體最普遍的功能就是只允許電流由單一方向通過(稱為順向偏壓),反向時阻斷(稱為逆向偏壓)。因此,二極體可以想成電子版的逆止閥。然而實際上二極體並不會表現出如此完美的開與關的方向性,而是較為複雜的非線性電子特徵-這是由 特定類型的二極體技術決定的。二極體使用上除了用做開關的方式之外還有很多其他的功能。

半導體概論 〈Semiconductor〉

半導體概論 (Semiconductor)
國立台南第一高級中學二年級黃政翰/國立台南第一高級中學物理科王俊乃老師/國立彰化師範大學物理學系洪連輝教授責任編輯

半導體 (Semiconductors) 與絕緣體 (insulators) 是極度相似的。這兩種材料最主要的不同處在於:絕緣體擁有較大的能隙 (energy band gaps),也就是電子自由的在原子間移動時所需的能量較多。在常溫下的半導體,會像絕緣體一樣,只有非常少的電子能獲得足夠的熱能,不能跨越價帶與導帶間的能隙,可以產生電流導電。因此,在沒有電場作用下,純半導體與絕緣體擁有相近的電阻。然而,要改變有較小能隙的半導體的電學性質,除溫度外還有其他方式。

二極體 〈Diode〉

二極體 (Diode)
高雄市立高雄高級中學物理科盧政良老師/國立彰化師範大學物理學系洪連輝教授責任編輯

電子元件當中,二極體是一種具有兩個(也只有兩個)電極的裝置(除了熱游離二極體thermionic diodes可能還會多一到兩條加熱用的輔助端)。二極體有兩個主要的電極可以使想要的訊號通過,大部分的使用上是應用其整流的功能。而變容二極體varicap diode則用來當作電子式的可調電容器。

大部分二極體所具備的電流方向性我們通常稱之為「整流rectifying」功能。二極體最普遍的功能就是只允許電流由單一方向通過(稱為順向偏壓),反向時阻斷(稱為逆向偏壓)。因此,二極體可以想成電子版的逆止閥。然而實際上二極體並不會表現出如此完美的開與關的方向性,而是較為複雜的非線性電子特徵-這是由 特定類型的二極體技術決定的。二極體使用上除了用做開關的方式之外還有很多其他的功能。

光電效應 〈Photo-electric Effect〉

光電效應 〈Photo-electric Effect〉
高雄市立高雄女子高級中學物理科蔡宗賢教師

物質吸收電磁輻射(例如X光或可見光)後,放射電子的現象,稱為光電效應。我們稱放射的電子為光電子。

光電效應使我們進一步了解光與電子的量子特性,更加深我們對於波與粒子二象性的觀念,這也關係到所謂光電導效應、光電壓(光伏)效應、甚至光電化學效應。

1947 年11 月17 日—12 月23 日:第一個電晶體(Transistor)的發明

1947 年11 月17 日—12 月23 日:第一個電晶體(Transistor)的發明
高瞻計畫特約編譯蕭如珀、臺灣大學物理系楊信男 編譯/國立臺灣大學化學系陳竹亭教授 責任編輯

第一個研發電晶體的過程,遠比貝爾實驗室的科學家在1930 年代開始致力於此裝置的開發要早很多。這都是1800 年代的科學家,包括馬克斯威爾〈Maxwell〉、赫茲(Hertz)和法拉地(Faraday)等人在科學上所做的驚人發現,以致於電可以為人們所用,而發明家也應用這些科學知識來研發收音機等有用的電器品。

1895 年11 月:倫琴(Wilhelm Conrad Roentgen)發現X 光線

1895 年11 月:倫琴(Wilhelm Conrad Roentgen)發現X 光線
高瞻計畫特約編譯蕭如珀、臺灣大學物理系楊信男 編譯/國立臺灣大學化學系陳竹亭教授 責任編輯

倫琴

倫琴

幾乎沒有一個科學上的突破能像倫琴發現X 光線一樣的立即展現出影響力,此重大的發現很快地就震撼了物理界與醫學界。X 光線在實驗室被發現到廣泛地為人所使用,期間短的嚇人:在倫琴宣布發現X 光線後的短短一年內,X 光線就已是醫學上診斷與治療所必需使用的一環了。

倫琴的科學生涯開始時困難重重,當他在荷蘭讀書時,因學校其他同學的惡作劇導致他被烏翠荷德技術學校(Utrecht Technical School)退學;也因為少了該文憑,他在獲得博士學位後起初無法在烏茲伯格大學(University of Würzburg)謀得教職,直到後來,學校才同意聘任他。他在烏茲伯格大學所做的實驗均致力於研究光的現象,與在「Crookes 管」中通電流時所產生的放射線,即在帶正、負電極的真空玻璃燈泡通過高壓電流所顯示出來的螢光。他對陰極射線與評估其在射出管外的距離特別感興趣。

1938 年10 月22 日:影印術 (Xerographic Process) 的發明

1938 年10 月22 日:影印術 (Xerographic Process) 的發明
高瞻計畫特約編譯蕭如珀、臺灣大學物理系楊信男 編譯/國立臺灣大學化學系陳竹亭教授 責任編輯

有時要讓世人認同一項發明有實用性是需要過人的耐心、毅力與自信的,就以發明影印過程,因此開啟了今日數十億美元產業的物理學家契斯特•卡爾森(Chester Carlson)為例,在他申請到影印術專利後的好多年間,他都無法找到一家對影印術有興趣的公司。這在當時真是一項無人要的發明。卡爾森於1906 年誕生在美國華盛頓州的西雅圖,在南加州長大,是家中唯一的小孩,父親到處幫人理髮,卡爾森在艱困的童年中培養出堅忍與耐力。14 歲時,他父親因為關節炎導致跛腳,為了維持家計,卡爾森在放學後及週末到當地的印刷廠工作;17歲時,他的母親死於肺癆。卡爾森一直對圖形藝術與化學深感著迷,不因出身卑微而影響他完成高中學業,還半工半讀地在附近的學院取得化學學位。之後他就讀於加州理工學院,二年後取得了物理學位。

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