測不準原理 (Uncertainty Principle)
高雄市立高雄女子高級中學物理科蔡宗賢老師/國立彰化師範大學洪連輝教授責任編輯

在量子力學中，海森堡(Heisenberg)的測不準原理，陳述如果確定粒子的位置，將使它的動量不確定性增加；相反的，如果精確測量粒子的動量，將使它的位置的不確定性增加。

在量子力學中，用波動來描述粒子。確定粒子的位置也就是波的位置，而與粒子速度有關的動量，所代表的就是波的波長，將無法被確定。位置與速度無法同時精確地被定義;當波傳播時，粒子的位置將不確定到某種的程度,當波長無法清楚的定義時，動量將不確定到某種程度。

只有一種波能確實的侷限在一點上，這種波就是沒有波長的波；相反地，有波長的連續週期波在空間上我們無法確實地知道波的位置。所以在量子力學上，是無法同時確實知道粒子的位置與動量，粒子位置的確定性分布愈窄，動量的不確定性分布就愈寬。

舉例來說,測不準原理提及我們要測量原子的位置，必須使用光子，而反射的光子，將改變原子的動量，而原子動量的改變程度，與測量原子位置的準確度有關。不管實驗如何安排，而這些不確定性也無法降低到某一程度以下。

在數學的原理上,每個量子態的位置分布的方均根偏差(root-mean-square)（位置分布的標準差）：

乘上動量的方均根偏差（動量分布的標準差）：

不會小於普朗克 (Planck) 常數的一個小固定的倍數：

測不準原理與觀察者有關，位置與動量經常是無法同時被確定得知 (conflate)。在量子力學的哥本哈根解釋中，測不準原理是無論觀察者如何操作下，使位置與動量不確定性達到最小偏差的一個理論限制。也就是說任何位置Δx的精確測量，將使得量子狀態的動量標準偏差值：

參考資料

譯自http://en.wikipedia.org/wiki/Uncertainty_principle

波與粒子的二象性 (Wave-particle Duality)
高雄市立高雄女子高級中學物理科蔡宗賢老師/國立彰化師範大學洪連輝教授責任編輯

在物理與化學中，波與粒子的二象性，是所有物質與能量所表現出來，像「粒子」又像「波動」性質的觀念。量子力學上的中心觀念：二象性，提出在古典想法描述物體行為，有關「粒子」與「波動」性質上的不完整。不同量子力學的闡述，嘗試去解釋這表面上的矛盾。

二象性的想法要根朔到1600年代，對於光與物質本質的爭論，當時海更士 (Christian Huygens)與牛頓(Isaac Newton)提出對光理論的看法，經過愛因斯坦 (Albert Einstein)與德布洛衣 (Louis de Broglie)與其他人的研究，目前的科學支持所有的粒子也有波動特性，同時光也同時具備粒子的性質。這個現象被證實，不僅適用於基本粒子，對於由基本 粒子組成的粒子，像原子甚至分子也適用。事實上，根據非相對論量子力學，波與粒子的二象性適用所有物體，甚至更巨觀的物質，只不過它們的波長太短，我們無 法偵測到它們波的性質。

費曼強調光的粒子性陳述，讓我們去了解光表現像粒子特性的重要性，特別對在學校所學習到有關光的一些波動特性時。

在十九世紀末，物質的原子的構成理論建立。而起初被認為是流體的電，現在也了解到是電子這個粒子的原因所造成。經由湯木生 (J.J.Thomson)發現 陰極射線管的射線，是由在真空中電子的流動所形成，導致拉塞福(Ernest Rutherford)進一步的研究，及波耳(Neils Bohr)原子模型的提出，更了解電子的行為. 在認知上物質的粒子組成特性為大家所熟悉，但是伴隨著電子的的干涉與繞射現象的發現，了解到它與光的楊氏(Young)雙狹縫干涉實驗與佛朗和斐 (Fraunhofer)的單狹縫繞射實驗的波動特性一樣。

二十世紀初1905年愛因斯坦的光電效應理論，陳述光也具備像粒子的性質，後來1923年的康普吞(Compton)效應更證實這一點，加上電子繞射現象的發現，電子除了粒子性質之外，也同時擁有波動的性質。

這個粒子與波動性質的困惑，最後在二十世紀的上半葉，量子力學理論建立”波”與”粒子”的二象性所解決。它提供統一的理論架構，去解釋有關於波動與粒子的 特性，到了二十世紀後半段，因格勒-葛林柏格 (Englert-Greenbergwr)的二象性關係，更精確的量化這個結果。

參考資料

http://en.wikipedia.org/wiki/Wave-particle_duality

攝氏溫標（Celsiust）
國立彰化高級中學賴文哲教師//國立彰化師範大學物理系洪連輝教授責任編輯

攝氏溫標（符號為°C）是目前世界各國政府普遍使用的溫標，在生活中或科學界亦廣泛被採用，其制定的方式是在標準大氣壓下，固態水（冰）的熔點為0度，水的沸 點為100度，並採用水銀溫度計作為內插儀器﹐假定溫度和水銀柱的高度成正比，即把水沸點與冰點之間的水銀柱高度差等分為100格，每等份為1°C。

在 1742年，瑞典天文學家安德斯•攝西斯（Anders Celsius，1701-1744）將一大氣壓下的水的沸點定為0°C，冰點訂為100°C，兩者間均分成100個刻度，和現行的攝氏溫標剛好相反。 1744年再由瑞典植物學家卡爾•林奈（Carolus Linnaeus）修改成水的沸點訂為100°C，冰點訂為0°C，並受到當時著名的科學儀器製造商與科學研究單位採用，漸漸愈來愈普遍。 Continue reading →

熱輻射（Thermal Radiation）與熱的交換
國立彰化高級中學姜志忠教師//國立彰化師範大學物理系洪連輝教授責任編輯

熱輻射在熱力學中是個重要的概念，因為高溫物體將輻射出較多的熱，物體間部分的熱交換便可以透過熱輻射進行（其他形式為傳導與對流）。

物體進行熱交換的互動情形，可以下列式子描繪其特性
α+ρ+τ=1
α、ρ、τ分別表示影響熱交換過程中，與光譜有關的吸收因子、反射因子與穿透因子，且相關因子都與光的波長有關。表示物體吸收外來的熱量後，最終吸收的熱量受到反射與穿透能量多寡的影響。在熱平衡狀態下，吸收率等於放射率，當物體放射率（吸收率）為1時，稱之為黑體。 Continue reading →

熱輻射（Thermal Radiation）
國立彰化高級中學姜志忠教師/國立彰化師範大學物理系洪連輝教授責任編輯

「熱輻射」，指的是「因為物體的溫度，導致物體表面產生電磁輻射」，從家庭用品（電子加熱器具，如電暖爐）散發出的紅外線輻射，即是熱輻射的一種 。當原子內的帶電粒子運動時，將產生熱，當熱能轉成電磁輻射時，即稱為熱輻射，而熱輻射的頻率取決於該物體的溫度（黑體輻射的基本特性）；針對黑體，熱輻 射的頻率則依照普朗克輻射定律，維恩位移定律則決定所有輻射中具有最大能量的波長，史蒂芬波茲曼決定物體每秒輻射的能量密度。 Continue reading →

熱電偶（Thermocouple）
國立彰化高級中學賴文哲教師/國立彰化師範大學物理系洪連輝教授責任編輯

1821年，物理學家托馬斯約翰塞貝克（Thomas Johann Seebeck）發現，當任何導體（如金屬），受到溫度梯度會產生一個電壓。這就是現在被稱為熱電效應或Seebeck效應。

熱電效應中電壓的大小取決於金屬的種類與溫度梯度大小。採用兩種不同金屬線製作成一接合點，測量另兩端點電壓，此時兩金屬線均產生一電壓，且互相抵消。但由 於金屬種類不同，因此存在一個很小的電壓差值可以被測量，這個差值隨接合點溫度的升高而增大，通常每度（攝氏）產生1至70微伏特，這種耦合的兩個金屬即稱為熱電偶。

熱電偶是一種被廣泛應用的溫度感測器，將其產生的電壓測量後換算成相對應的溫度，即成為ㄧ種溫度計。由於它的價格低廉、感溫迅速、有標準介面，而且具有很大的溫度測量範圍，目前已被廣泛使用。 Continue reading →

熱傳導（Conduction）
國立彰化高級中學姜志忠教師/國立彰化師範大學物理系洪連輝教授責任編輯

「熱傳導」，是透過物質間的直接接觸（但沒有物質的交換），將熱由高溫區域流向低溫區域的一種熱傳遞的方式。在液體中，熱傳導是原子的彈性碰撞進行擴散；在固體中，則是因為自由電子的擴散傳遞熱量，若在絕熱物體中，聲子的振動則是熱傳導的原因。

能量的轉移最可能的原因是「碰撞」，包括流體中產生的彈性碰撞、金屬內最主要是因為自由電子擴散與絕熱物質中聲子震盪所產生的碰撞。換句話說，當相鄰原子間 因為振動所產生的能量傳遞，或者電子由一個原子移動至另一個原子時，熱的傳導就發生了。因為固體內的原子持續不斷的接觸，因此，熱傳導是固體最主要的熱傳遞方式。而在液與氣體中，分子的距離較遠，分子較少藉由碰撞傳遞熱能。 Continue reading →

熱的傳遞與隔熱（Heat Insulation）
國立彰化高級中學姜志忠教師/國立彰化師範大學物理系洪連輝教授責任編輯

熱輻射主要是由電磁光譜中紅外線組成，與所有的電磁波一樣，熱輻射不需要透過介質傳遞，一個物體輻射出的總能量正比於表面積與放射率，所有在絕對零度以上的物體都會產生熱輻射。 Continue reading →