物理

氫原子光譜系

氫原子光譜系 (Hydrogen Spectral Series)
國立臺灣大學物理學系 簡嘉泓

歷史

19 世紀中期,由於光譜學的發展及測量技術的演進,人們發現熱的稀薄氣體隨著種類的不同,會產生不同波長的發射譜線,而元素態的氫原子光譜也是在這個時間點被發現。

1885 年,瑞士數學教師約翰・雅各布・巴耳末 (J. J. Balmer) 運用了瑞典科學家安德斯・埃格斯特朗 (A. J. Ångström) 對氫原子光譜的精確測量結果,針對四條可見光波段的氫原子光譜(即 $$H_\alpha$$、$$H_\beta$$、$$H_\gamma$$、$$H_\delta$$),推導出奠基於實驗數據的巴耳末公式,描述波長 $$\lambda$$ 的共同規則

空乏層

空乏層 (Depletion Region)
國立臺灣大學物理學系 洪豪謙

空乏層 (Depletion region) 又稱「阻擋層」、「勢壘區」。一個帶有電洞的 p 型半導體和一個帶有自由電子的 n 型半導體接連在一起時會成為二極體 (diode),接連處形成 pn 接面。由於兩者的載子分佈不均,會形成電子和電洞的濃度差距,造成擴散電子(電洞)流

[物理史] 富勒烯(Fullerene)的發現

富勒烯(Fullerene)的發現
國立臺灣大學物理學系 楊信男教授、蕭如珀

有規則、具對稱性的幾何圖形總是迷人,引人遐思。古希臘人以正四面體、立方體、正八面體、正十二面體、以及正二十面體分別代表組成宇宙萬物的元素火、土、氣、水、和組成天上物質的乙太,統稱為柏拉圖固體。克卜勒也曾突發靈感,提出由五個柏拉圖固體的內外切線組成的宇宙模型,認為這幾個內外切球半徑的比例就是當時已知六個行星軌道的比例,而稱頌它是上帝在天上的偉大傑作。

所以當科學家在 1985 年 9 月宣布發現超級穩定、狀如「截角的正二十面體」的碳六十分子時,引起了很大的轟動。那 11 天的發現過程充滿了驚奇和意外,令人津津樂道。

束縛能

束縛能 (Binding Energy)
國立臺灣大學物理學系碩士 蔡亦涵

就字面意思來說,「束縛」就是有把你綁住的感覺,這個束縛如果越強,你就越難掙脫,需要更多的「能量」才能脫離,而這個足以脫離束縛的能量,就叫做束縛能 (binding energy)。

自然情況下,所有物質都會自然趨向最低位能 (potential energy) 的狀態,像是地球上空中的物體會自然掉落、異性電荷會自然吸引等等,而這些「自然趨向」是因為有某種作用力要將他們綁在一起,束縛能代表就是要抵抗這個作用力的功,也就是說如果物體能夠逃離作用力的範圍,可以說這物體克服束縛而自由了。

[物理史] 巴貝(Charles Babbage)成功的失敗─第一部計算機

巴貝(Charles Babbage)成功的失敗─第一部計算機
國立臺灣大學物理學系 楊信男教授、蕭如珀
(譯自APS News,2001年10月)

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巴貝(Charles Babbage,1791-1871)

19 世紀的儀器幾乎沒有一個像巴貝(Charles Babbage)的計算機器一樣,對現代科技有如此大的影響力,其中最著名的是分析機(Analytical Engine),它是機械操作的數位計算機,幾乎有著現在電腦中的每一要素。巴貝的概念最先於 1837 年提出,說明一個巨大的銅裝置,以蒸汽為動力,做為一般用途的機械計算機,激勵了 19 世紀一些最偉大心智的人,但他並未能成功說服任何支持者提供實際的建造資金。雖然如此,他的獨創性在他死後 100 多年為他贏得了「計算機之父」的榮譽。

回聲

回聲 (Echo)
國立臺灣大學電機工程學系 伍庭曄

回聲,或回音 (echo) 一詞大家一定不陌生,在空曠的禮堂大喊、學校的室內體育館運球抑或是對著山谷放歌,都能體驗到回聲的物理現象。而本篇文章的目的即在解釋回聲此物理現象,並大略的介紹描述聲波的方式以及介紹在波動學、力學及工程數學中都極其重要的運算:折積(又作「捲積」,convolution)。

[物理史] 瑞立男爵(Lord Rayleigh)和氬的發現 「一個忠於真理的追求者」,他發現了一個原未追求的真理。

瑞立男爵(Lord Rayleigh)和氬的發現
「一個忠於真理的追求者」,他發現了一個原未追求的真理。

國立臺灣大學物理學系 楊信男教授、蕭如珀
(譯自APS News,2013年8月)

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瑞立男爵(John William Strutt $$\mathrm{3^{rd}}$$ Baron Rayleigh)

瑞立男爵是斯特拉特(John William Strutt,1842-1919)的頭銜,他於 1873 年繼承了瑞立男爵的爵位。瑞立男爵於 1879 至 1884 年間在劍橋大學當實驗物理教授,是馬克士威(James Maxwell)的繼任者,並於 1887 至 1905 年任職於倫敦的英國皇家科學研究所。他大部分的研究都在位於泰林(Terling)的家中個人實驗室完成。

瑞立男爵的研究涵蓋的物理範圍很廣,以他的名字命名的項目包括有瑞立散射、瑞立–京士方程式、瑞立折射計、和瑞立分辨度準則。他的書《聲的原理》(The Theory of Sound),上下兩冊,共 1042 頁,1877 年出版,在當時是最完整可靠的一本書,現在仍出版使用。瑞立男爵是他的年代最傑出的物理學家之一,最終讓他獲得諾貝爾獎的是氬的發現。氬的發現過程是科學史上最不尋常的故事之一。

[物理史] 菲左(Armand Fizeau)發表光速實驗的結果

菲左(Armand Fizeau)發表光速實驗的結果
國立臺灣大學物理學系 楊信男教授、蕭如珀
(譯自APS News,2010年7月)

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菲左(Armand Fizeau)

光速在物理學上是最為確立的數值之一,它被測得的值非常精確,所以現在的公尺以它來定義。但在 17 世紀之前,大多數的科學家,包括如克卜勒(Johannes Kepler)和笛卡兒(Rene Descartes)等大師都認為光速是無窮快的,可以瞬間行走任何的距離。伽利略(Galileo Galilei)是最先對此假設提出質疑,並試著以實驗方法測量光速的科學家之一。

以現在的標準來看,伽利略的方法極為簡陋。他自己站在一個山頂上,請一位助理站在遠處的山頂上,兩人均配備有一個可自由開關的燈。伽利略會打開他的燈,他的助理一看到伽利略的燈光也會立即開燈。只要知道兩個燈的距離,伽利略即可測定兩道亮光之間所經過的時間,以算出光速。伽利略的結論含糊不確定不足為奇:「光速如果不是瞬間,也是超級快速。」但他卻也下結論說,光速至少比聲速快 10 倍。 

孔徑

孔徑 (Aperture)
國立臺灣大學物理學系 曾奕晴

孔徑,又稱為光圈,其有兩大功用,一是調整、控制光學儀器的光通量,二是調整影像效果,廣泛應用在相機、望遠鏡及顯微鏡中。在相機中,調整光圈大小可以控制影像的景深、鏡頭成像畫質,並且和快門同時調整總進光量。光圈的組成常為數片多邊形的金屬薄片,藉由控制薄片的位置遮擋光線,來控制鏡頭的光通量。

3D 有趣實驗:自製小型天燈

3D 有趣實驗:自製小型天燈
國立臺北教育大學自然科教育系 周金城副教授

前言

簡易天燈是利用家用垃圾袋,經由酒精棉球燃燒產生熱空氣,熱空氣密度比冷空氣低產生浮力,帶動垃圾袋往上飄,這就是天燈的原理。製作小型天燈時,所有的材質要盡可能的輕,多一根訂書針的重量,就會讓小型天燈飛不起來。

實驗影片

3D 有趣實驗:自製小型天燈,上傳 Youtube 網站,

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