- 電漿的溫度（Temperatures of plasma） 2010/01/01
電漿的溫度〈Temperatures of plasma〉
國立台南第一高級中學二年級阮鏞蔘/國立台南第一高級中學物理科王俊乃教師修改電漿溫度常常是以凱氏溫標 (kelvins)或是電子伏特 (electron volts) 來量度，同時也是每個粒子作熱運動能量的非正式測量。就算在馬克士威能量分 布方程式中發現有明顯差異，好比處於紫外線、高能粒子或是強大電場的影響下，電子間依然幾近於熱平衡 (thermal equilibrium)，而可以被相對完整的測量溫度。由於質量尺度的巨大差異，電子自己達到熱力學平衡的速度，遠比與離子或中心原子一起達到平衡的速度快。根據這個因素，”離子溫度”(通常較低) 與 ”電子溫度 (electron temperature) ”迥然不同。這在弱電離技術的電漿更是常見，離子此時常常是接近周圍溫度。
根據電子、離子與中性粒子的溫度差異分類，電漿可區分為”熱體 (thermal)”或是”非熱體 (non-thermal) ”兩種。熱體電漿擁有相同溫度的電子和重離子柱且兩者是熱平衡。非熱體電漿則是有低溫的 (通常是室溫) 離子與中性粒子，與溫度較高的電子。
溫度掌控了電漿游離的程度。具體而言，電漿游離是由與”游離能 (ionization energy)”相關的的電子溫度來決定，此關係式被稱為薩哈方程式。電漿有時在幾乎完全游離時被視為”熱”的，反之只有一小部分(例如1%)的氣體分子游 離時，則被視為”冷的電漿”(其他定義”熱電漿”與”冷電漿”的方式也很常見)。儘管是在”冷”電漿中，電子溫度還是高達攝氏幾千度。”電漿科技”(“技術性電漿”)應用的電漿通常是冷電漿。
參考資料：
http://en.wikipedia.org/wiki/Plasma_(physics)#Temperatures - 電漿的定義（Definition of Plasma） 2010/01/01
電漿的定義（Definition of Plasma）
國立台南第一高級中學二年級阮鏞蔘/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電漿常被描述為帶正負電粒子的電中性物質，但是仍然有三個準則。
1. 似電漿的物質：帶電粒子間必須彼此非常接近而足以影響旁邊許多帶電粒子，而非僅僅是與其最靠近的粒子有互動(這些共同效應是電漿中極為特別的特性)。電漿近似物在一些特 定粒子的巨大影響範圍內是有效的。(這個範圍叫做Debye sphere，而該半徑就是德拜屏障長度”Debye screening length”)在Debye sphere內的平均粒子數被稱做電漿參數”Λ”(希臘字Lambda)。
2. 容積相互作用 (Bulk interactions)：德拜屏障長度(同上述定義)，相較於電漿的體積是比較小的。這個依據顯示，在電漿體積內的相互作用，比在邊緣會產生的邊界效應重要。
3. 電漿頻率 (Plasma frequency)：電子電漿頻率(描述電子的電漿震盪)，與電子-中性粒子的碰撞頻率(描述電子和中性粒子的碰撞頻率)相較而言是較大的。當這個條件有效時，電漿迅速地去發揮屏蔽電荷作用 (準中性是電漿內涵另一個的定義)。
參考資料：
http://en.wikipedia.org/wiki/Plasma_(physics)#Definition_of_a_plasma - 假想力（Fictitious Force） 2010/01/01
假想力（Fictitious Force）
台北市立第一女子高級中學林妏霙/台北市立第一女子高級中學黃克雄老師/國立彰化師範大學物理學系洪連輝教授責任編輯何謂假想力？
假想力顧名思義就是假的力，也就是事實上並不存在，但是為了方便解釋某些概念或為了方便解題時，所引進的一種概念。大家都知道牛頓第二定律，但是有沒有真正去想過它的適用時機呢？事實上，牛頓第二定律僅適用於慣性座標系──亦即不受淨外力的物體，保持靜止或等速度運動──，但是世界上絕大多數的物體在運動時都不是維持等速度運動，而是處於加速座標系中。假設現在有一個觀察者和物體在同一個加速座標系上，也就是和物體一起運動，那麼他所觀察到的物體便是靜止不動的，可是對外面的觀察者而言，物體作加速度運動所受淨力並不為零。 Continue reading →
- 雷射的專門用語（Terminology） 2010/01/01
雷射的專門用語（Terminology）
國立台南第一高級中學二年級王昱哲/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Laser (light amplification by stimulated emission of radiation) 一詞源自於利用輻射的受激放射，使光波增強，光若是以較廣義的角度來定義，包含了所有電磁輻射 (electromagnetic radiation) 的各種類光量子，並非侷限於可見光波。因此，紅外線雷射、紫外線雷射、X光雷射……等皆包含於其中。因為微波尺度的雷射光被發現，又稱為 maser，所以通常稱可發射微波與無線電波的微波發射器為 maser。早期的文獻記載中，特別像是 Bell 電話實驗室的研究人員常將雷射稱為 maser。但此說法並未被廣泛使用，即使今日的 Bell 研究室也採用雷射一詞。
Laser 一詞之原始意義為「以產生雷射光」或「將雷射光應用於」。但是現在 Laser 一字也可用於形容一些與光無關的技術。例如，一群原子若處於同調性的狀態，可將其稱為「原子雷射」。
- 雷射（Laser）的設計（Design） 2010/01/01
雷射（Laser）的設計（Design）
國立台南第一高級中學二年級王昱哲/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一台雷射包含了雷射增益介質 (gain medium)，該介質放置在其高度反射的光學諧振腔裡，並且提供雷射增益介質能量。雷射增益介質能以受激發射 (stimulated emission) 的方式，增強光的能量。共振腔的最簡形式包含了兩片反射鏡，這兩片反射鏡促使光在雷射增益介質兩旁來回穿梭。通常其中一片玻璃是部份透光，雷射則是由這個鏡子射出。
某特定波長的光穿過雷射增益介質，光的能量會被加強，四周的鏡子可以確保大部份光線會反覆穿越雷射增益介質，以助重複增強光的能量。在鏡子間(位於共振腔內)某一部份的光會穿過部份透光的鏡子，並射出一光束。
添加能量來增強光的過程，稱之為雷射激發。通常可以藉由電流形式或者以不同波長的光來提供能量。可以利用螢光 (flash lamp) 激發光源或者另一雷射來提供上述的光。實際上，大部分的雷射設計還含有額外的元件，這些元件可以改變射出光的波長、光束的形狀…等。
- 超導體的發展歷程（上）（History of Superconductivity） 2010/01/01
超導體的發展歷程（上）(History of Superconductivity)
中華大學吳添全博士後研究/國立彰化師範大學物理學系洪連輝教授責任編輯1911年，荷蘭科學家歐尼斯(Kamerlingh-Onnes)是超導現象的發現者，低溫物理學的開創者。他利用液氦量測水銀在極低溫時的電性，當溫度下降到4.2K時水銀的電阻完全消失，這種現象稱為超導電性。超導體的特殊電性的狀態命名為超導態（superconducting state），又超導態和正常態相變的轉換溫度為超導臨界溫度（superconducting critical temperature，以 Tc表示）。陸續在1913年，歐尼斯發現鉛（Pb, Tc = 7.2 K）和錫（Sn, Tc = 3.8 K）一樣具有超導性。1913年，由於歐尼斯對物質在低溫狀態下性質的研究以及液化氦氣，歐尼斯被授予諾貝爾物理學獎。
1930年代，發現鈮(Nb, Tc=9.2K)為所有純金屬中 Tc 最高者。接著化合物的超導特性也陸續被找到，特別是硬度高的材料如氮化物、碳化物之類，發現氮化鈮（NbN, Tc = 11.1 K）、碳化鈮（NbC, Tc = 17 K）。
1933年，邁斯納(W. Meissner)和奧克森菲爾德(R. Ochsenfeld)發現，超導鉛放在磁場中冷卻，只要金屬從正常態變到超導態後，磁力線就會完全被排除到超導體之外，不能通過超導體，超導具有完全抗磁性。此現象稱為邁斯納效應(Meissner effect)。
1950年，Maxwell等人發現臨界溫度會與同位素的原子平均質量的平方根成反比，故較重的同位素有較小的臨界溫度，此即所謂的同位素效應(Isotope effect)。引進超導體的自由電子與晶格振動有關的理論，此實驗結果影響到超導理論的研究發展。
1950年，維塔利•金茲堡同朗道在朗道二級相變理論的基礎上提出的一個描述超導現象的唯象數學模型-金茲堡-朗道方程。
1953-1973年，合金超導體也陸續被找到，釩化矽（V3Si, Tc = 17.5 K），鈮化錫（Nb3Sn, Tc = 18 K），鈮化鍺(Nb3Ge, Tc = 23.2 K)。這種高場磁體，開闢了超導體在強電中的應用。
1957年，阿列克謝．阿布里科索夫(Alexei Abrikosov)研究超導體在外加磁場下的行為發現兩種不同性質，將其分類為第一類和第二類超導體(Type-I and Type-II Superconductor)。預測第二類超導體於磁場下其磁通線以三角晶格排列的點陣排列。2003年獲諾貝爾物理學獎。
- 超導體性質 （Superconductivity） 2010/01/01
超導體性質 (Superconductivity)
國立台南第一高級中學二年級黃俊諺/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超導現象是在物質極低溫時，會產生完全零電阻以及內部無磁場的抗磁性 (麥斯納效應Meissner effect)。
金屬的電阻會隨溫度降低而逐漸減少，然而，像銅跟銀等一般的金屬，其內部的雜質與缺陷使電阻值有一最低限制，就算是接近絕對零度，銅也會有少許電阻。而另一方面，超導體物質申組在溫度低於其臨界溫度時大幅下降至零。在無外界能量提供下，電流可以在超導體導線圈迴路上的電流無限期的存在。和鐵磁性與原子光譜一樣，超導性是一種量子物理現象。它並不能以古典物理中”理想的導電率”等簡單的說法被解釋。
很多種類的物質都具超導性，包括錫鋁等簡單元素、多種金屬合金、和摻有高濃度雜質的半導體也都有超導性質。金、銀等貴重金屬不具超導性，大部分的鐵磁性金屬也不會有超導性。
1986 年，發現了一群銅氧化合物的高溫超導體，臨界溫度超過 90K，這些物質擁有目前理論無法解釋的現象。除此之外因為超導態可以在更多可控制的溫度存在，尤其是超過了液態氮沸點 (77K)，具有經濟利用價值與重要性，所以更多的商業需求更具可行性，尤其是超導物質還可以在更高溫的狀態陸續被發現。- 液晶的應用（Applications of Liquid Crystals） 2010/01/01
液晶的應用（Applications of 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液晶在液晶顯示器 liquid crystal displays 有廣泛的用途，液晶顯示器的原理是依據液晶在電場出現或消失時光學性質的改變。一般典型的裝置中，一層液晶(約10微米厚)放置在兩個互 相垂直的偏振片間。液晶排列成自由態的是雙絞型的(原因：雙絞向列場效應)。液晶的雙絞態可以重現已通過第一片偏振片的光，使光可以傳透到第二片偏振片 (在有反射器提供的狀況下光會反射回觀察者)。該裝置因此呈透明。外加一電場於液晶層，液晶的長分子軸有平行於電場排列的傾向，因此液晶層中心逐漸不旋 轉。在這種狀態下，液晶並不感應光，在第一片偏振片被偏振的光被第二片偏振片吸收。該裝置也隨著電壓的升高失去了它的透明度。如此一來，電場可被用來控制一個像素，使之呈透明或不透明。彩色LCD是用同一種技術，再用濾光器產生紅、綠、藍的像素。可用相似的法則製造多種液晶型的光學裝置。
熱向型對掌性液晶 (Thermotropic chiral LCs) 會隨溫度變化，可作為天然溫度計，因為材料的顏色將隨濃度改變。所以利用液晶顏色的轉變，可以作為許多水族館和水池的溫度計使用。有的液晶材料當伸長或壓縮時會改變顏色。因而，液晶板經常被使用在產業尋找熱點、地圖熱流、測量壓力分布型態等等。半導體產業作錯誤分析時，利用液態形式的液晶偵測電子引起的熱點。大容量的液晶記憶單元使用在航太航海設備。而且值得注意到的是，許多常見的流體實際上是液晶。例如，肥皂是液晶，且根據它在水中的濃度形成各種液晶相。
參考資料：http://en.wikipedia.org/wiki/Liquid_crystal#Applications_of_liquid_crystals
- 雷射的專門用語（Terminology） 2010/01/01