物理

汽電共生(Cogeneration)

汽電共生(Cogeneration)
國立彰化高級中學物理科李明中老師/國立臺灣師範大學物理系蔡志申教授責任編輯

所謂的「汽電共生系統」,係指利用燃料或處理廢棄物,同時產生有效熱能與電能之系統。這是一種工業製程的技巧,主要特性利用是發電後的廢熱用於工業製造,或是利用工業製造的廢熱發電。這種以汽電共生方式來運用能源,除了具有提高效率外,亦達到能源最大化利用的功效。利用此系統可大幅節省能源,提高熱能、電能生產總熱效率。目前科學家已開發出許多方式,而最簡單的回收方式莫過於用廢熱加熱冷水產生蒸汽或溫水。

臨界質量(Critical Mass)

臨界質量(Critical Mass)
國立彰化高級中學物理科李明中老師/國立臺灣師範大學物理系蔡志申教授責任編輯

在一定的材料成分和幾何佈置下,維持核分裂連鎖反應,所需的核分裂材料質量的最小值,稱為臨界質量。

核分裂時第二代與第一代中子數的比,稱之為增值係數。少量的核分裂材料由於絕大多數中子逃逸了,故不能維持連鎖反應。當增值係數等於一時稱為臨界,此時核分裂材料的質量即為臨界質量。

連鎖反應

連鎖反應 (Chain Reaction)
國立彰化高級中學物理科李明中老師/國立臺灣師範大學物理系蔡志申教授責任編輯

原子內部結構是由科學家拉塞福(Rutherford)先生於 1911 年以 $$\alpha$$ 粒子高速撞擊金箔所發現的。在這股研究原子內部特性的風潮中,義大利物理學家費米(Fermi)在 1934 年以中子撞擊鈾元素後,發現會有新的元素產生,這也是人類第一次發現核分裂反應。

核融合

核融合 (Nuclear Fusion)
國立彰化高級中學物理科李明中老師/國立臺灣師範大學物理系蔡志申教授責任編輯

提供核能的主要形式有三種,核衰變、核分裂以及核融合。

核融合是指由質量小的原子,例如說是氘或氚,在一定條件下(如超高溫和高壓),發生原子核互相聚合作用,生成新的質量更重的原子核,並伴隨著巨大的能量釋放的一種核反應形式。

核衰變(Nuclear Decay)

核衰變(Nuclear Decay)
國立彰化高級中學物理科李明中老師/國立臺灣師範大學物理系蔡志申教授責任編輯

提供核能的主要形式有三種,核衰變、核分裂以及核融合。

核衰變是原子核因放射出某種粒子,而蛻變為另一種原子核的過程。穩定性原子核中,中子與質子總數有一定限度(一般而言小於 $$209$$),而且中子數和質子數應保持一定的比例(一般而言約 $$1$$~$$1.5$$)。任何含有過大質量數,或中子數與質子數比值不適當的原子核,都是不穩定的。質量數大於 $$209$$ 的原子核,即元素週期表中釙($$\bf Po$$)之後的所有元素的原子核,都具有放射性(釙之前的元素,有的原子核也具有放射性)。

巨磁阻(Giant Magnetoresistance)簡介

巨磁阻(Giant Magnetoresistance)簡介
國立臺灣師範大學物理系吳幸璇碩士生/國立臺灣師範大學物理系蔡志申教授責任編

巨磁阻效應是二十世紀末最偉大的發明之一,其發明開啟了自旋電子學(spintronics)領域的蓬勃發展,使得今日的科技大大向前躍進。

巨磁阻現象的發現是在1988年由德國尤利西研究中心的彼得‧葛倫伯格(Peter Grunberg)和巴黎第十一大學的艾爾伯‧費爾(Albert Fert)分別獨立發現,兩人共同獲得2007年諾貝爾物理學獎;而另外一位對巨磁阻有重大貢獻的科學家則是IBM實驗室的史都華‧帕金(Stuart S. P. Parkin),他將巨磁阻應用到常溫,並且做了很多新材料的開發及改良,使得巨磁阻的技術加速發展,並與工業界成熟的製程技術相接軌。

巨磁阻(Giant Magnetoresistance)原理

巨磁阻(Giant Magnetoresistance)原理
國立臺灣師範大學物理系吳幸璇碩士生/國立臺灣師範大學物理系蔡志申教授責任編輯

當電子通過鐵磁性物質時,當電子的自旋方向與鐵磁性物質排列方向相同時,則電子較容易通過,其所受的磁阻較小(如圖一);但若電子的自旋方向與鐵磁性物質排列方向不同時,則電子因碰撞故較不易通過,所受的磁阻較大(如圖二)。

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超流體(Superfluid)

超流體(Superfluid)
國立臺灣師範大學物理系吳幸璇碩士生/國立臺灣師範大學物理系蔡志申教授責任編輯

何謂「超流」?簡單來說超流體指的是沒有阻力的液體,流動時完全沒有阻力。

1908年,昂尼斯(Heike Kamerlingh Onnes)以其獨有的低溫技術將氦氣液化成功,而氦的液化溫度是4K。我們知道天然的氦氣其原子核含有兩個質子,兩個中子,核外有兩個電子,記為 4He 。又氦的同位素, 3He ,則是比 4He 要少一個中子。由圖一可知 4He 的超流性質要在2.2K溫度處才顯示出來,而 3He 則要到2.7mK溫度處才呈現超流性質。

導線中電子的移動(Electron Mobility)

導線中電子的移動(Electron Mobility)
國立台灣師範大學附屬高級中學物理科陳忠城老師/國立臺灣師範大學物理系蔡志申教授責任編輯

導線中無電場時,由電子傳導的古典模型(classical theory of electrical conduction)的理論得知,導線內自由電子的運動情形猶如容器中的空氣分子作散亂的熱運動,平均動能與絕對溫度 $$T$$ 成正比,常溫($$27^\circ C$$)下,電子熱運動的平均速率約為 $$10^5$$(公尺/秒)。

冷氣機與冰箱的節能標章(Energy Label)

冷氣機與冰箱的節能標(Energy Label)
國立台灣師範大學附屬高級中學物理科陳忠城老師/國立臺灣師範大學物理系蔡志申教授責任編輯

台灣能源政策白皮書:經濟部能源局提供台灣能源政策白皮書,內容涵蓋「京都議定書生效後整體策略方向」、「能源政策與能源結構發展方向」、「綠色能源發展與提高能源使用效率」、「京都議定書生效後產業部門因應策略」、「京都議定書生效後運輸部門因應策略」、「京都議定書生效後住商部門因應策略」等6項議題。

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