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/ 光與熱
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| 為什麼由山上看山腳下的燈光會覺得燈光一閃一閃的呢? | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
 | 在晴朗的夜晚，由山頂上往山下看，點點的燈光閃爍著。為什麼燈光會有閃爍的現象呢? 這是因為山頂與山腳下有一段不短的距離，期間的大氣擾動，會影響到光線的傳遞，使光線產生折射的現象。 因此在山頂上面看山下的光線會有閃爍的現象。同樣的看天上的星星一閃一閃亮晶晶也是這個道理。
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| 為什麼放大鏡會將物體放大呢? | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 放大鏡是由凸透鏡做成的，光線經過凸透鏡會有匯集的效果，當我們檢視物體時，物體放置在凸透鏡的焦距內，我們的眼睛就會看到凸透鏡的放大虛像了。這個道理若有學過國中的理化就可以明白了。
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| 為什麼放在水中的筷子看起來斷掉了呢? | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 當我們把筷子放入裝水的杯中，我們可以看到筷子似乎斷掉了，斷面在水面附近。事實上這是因為光線折射的關係。因為光線通過水面時會發生折射 (思乃爾定律 n1SinA=n2SinB, A為入射角, B為折射角,n1為入射介質的折射率, n2為射入後介質之折射率) 經過折射的光線看起來是由不同的位置所發射出來的，因此會有筷子斷裂的錯覺。 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 光的折射現象是如何產生的呢? | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 我們知道，在玻璃中光的行進速度比較慢，因此當一束光涉入玻璃時，偏內側的光線比較早進入玻璃中，因此走得比較慢，而把整個光波的波前方向給改變了，因此產生折射現象。
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| 為什麼光有各種顏色呢? | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 在日常生活中, 望眼觀看四周, 可以觀察到四周有著各種顏色不同的事物, 也許你會問, 各種不同顏色的光, 性質有什麼不同呢? 事實上光是一種電磁波, 電磁波具有震動的性質, 各種不同顏色的光, 其實就是震動頻率不同的電磁波, 而透過刺激我們的雙眼, 產生紅橙黃綠藍靛紫等不同的顏色. 以下就是光頻率與顏色之間的關係
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| 到底什麼是光呢? | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 光其實就是震動中的磁場與電場(也就是電磁波)。 但是有時候光也可以看成一個粒子(在某些領域會用到這個觀念) 稱為photon(光子)。 光的傳遞不需要介質， 跟其他的力學波(如繩波，水波)不大一樣 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 為什麼燃燒東西會產生光呢? | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 燃燒時，因為將化學能轉換成熱能，使物體的溫度上升。 在物體接受熱能時，物體中的電子會被彈到比較高的能階。 再落下，而發出電磁波。 有些電磁波的波長剛好在可見光的範圍內因此會產生明亮的可見光) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 為什麼燈泡中的鎢絲會發光呢? | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 燈絲之所以會發光，是因為電流流過時把鎢絲上原子的電子撞飛起來(升到比較高的能階)，但是又沒有到完全脫離原子的程度。 當電子再掉回原來位置時(原來的能階)，電子的位能(能階能量差)就會以電磁場(光)的型式放出。 因此我們會看到鎢絲發光，而照亮我們的房間。 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 什麼是凸透鏡? 什麼是凹透鏡? | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 簡單的說，凸透鏡就是一種圓弧形的玻璃片，而兩側的寬度比較小，中央的寬度最寬。而凹透鏡則相反，兩側的寬度較大，而中央的寬度最小。 凸透鏡有匯聚光線的功能，而凹透鏡能夠使光線散開。
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| 克氏溫標(Kelvin scale)跟攝氏溫標之間的關係是什麼呢? | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 攝氏溫標是以水的凝固點訂為零度，水的沸點訂為100度，其他溫度再用這兩個基準點內插或外插出來。 而克氏溫標是怎麼訂出來的呢？假設今天在定壓下你有一團固定分子數的氣體，你把這團氣體降溫，會發現氣體的體積會縮小。若以x軸為溫度，y軸為氣體體積作圖，兩者的關係會成一斜率為正的直線。你把這條體積的降溫曲線一直向下延伸，當這條線與x軸相交時（也就是氣體體積變為零時），你會發現此時溫度為零下273.16度。於是科學家就訂攝氏 -273.16度為絕對零度。 克氏溫標就是以這絕對零度為零度，而其溫度的間距跟攝氏溫標相同。所以說，克氏溫標只不過是把攝氏溫標的溫度向下平移了273.16度而已。假設攝氏溫標讀到的溫度是T度，克氏溫標讀到的溫度是K度，兩者的轉換為 K=T+273.16 。 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 如果我能夠看得到對方, 對方也能夠看得到我嗎? | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 當你在一旁觀察別人的時候, 其實是有光線由對方身上射向你, 而被你的雙眼所感受到. 所以對方是否能夠看到你, 跟你是否能夠觀察到對方是沒有關係的. 如果你躲在暗處, 這時候沒有光線從你身上射出來, 這時候別人只會看到你所處在的暗處是一片漆黑, 而不會發現那邊有個人躲在那邊. 許多電影中主角躲避惡棍時, 躲在暗處之中, 惡棍就沒有辦法察覺主角身置何處了. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 光速有多快?一個給人一點直覺的說法. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 光速有多快呢? 我們都知道, 光的傳遞速度很快. 可是要形容光有多快, 似乎有點困難. 以下的討論說不定可以讓大家有多一點直覺.
<表一> 各種物體的移動速度 由上面的表可以看出來, 人類的短跑最高短跑速度大約為40km/hr, 而光的速度大約為奧運短跑名將的2700萬倍快. 即使是速度極快的戰鬥機, 光速也要比它快上50萬倍! 可是這樣的倍數似乎還是很難想像. 因為生活中沒有什麼是相距50萬倍的, 而且戰鬥機的速度有多快, 我們也很難想像. 因此我們再換個方式試試看. 我們知道, 地球很大. 但地球有多大呢? 在本站的趣味物理問題中有討論過. 不過在這邊我們的重點不是討論費米問題, 所以先拿天文學家測量出來的數據來算算看. 地球的赤道半徑為6378km 因此地球的赤道周長為 因此我們可以算出, 各種物體繞地球所需要的時間 光繞地球一周所需時間= 40000000m / 299792000 (km/s) ~ 0.1334 s 光繞地球一周只需要 0.13秒左右, 也就是說, 在一秒之內, 光可以繞地球 1/0.1334 = 7.5 圈 我們再來看看其他物體速度的列表比較:
<表二> 各種物體的移動速度比較
由這個表可以看出來速度的差距十分明顯. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 聚光燈打出的光, 若通過一個乾淨無塵的環境, 我們看得到光線的軌跡嗎? | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 答案是看不到這道光線. 日常生活中我門使用手電筒的時候, 我們常常可以在手電筒的前端看到光線直線射出去, 發出一道光柱. 其實這是因為在空氣中有許多灰塵粒子, 在光線射出手電筒的時候, 就會反射手電筒的光, 而讓眼睛接收到這些反射的光線. 如此一來你就會看到手電筒前發出一道光柱了. 因此如果我們用聚光燈在乾淨無塵的環境中照射, 這時候沒有灰塵或是小粒子可以反射光線, 我們是看不到光線的軌跡的.
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| 什麼是X光呢? | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 在健康檢查的時候, 常常會有照X光的項目, 站在機器前面, 只聽到卡的一聲, 醫生就說照好了, 也沒看到什麼光. 或許你會問, 到底什麼是X光呢? 所謂X光, 也就是x射線(x-ray), 是由侖琴(Wilhelm Rontgen）在1895年所發現的. 是一種波長介於珈瑪射線(r)和紫外光之間光線. X光的波長比可見光還要短, 因此是一種高能量的電磁波. (由 E = hv = hc/λ的公式可以算出, 波長越短的光線, 光子能量越高) 由於X光的波長不在可見光的範圍之內, 因此我們用肉眼是看不到的, 所以在入學健康檢查的時候, 照X光並不會感覺到有光線照在身上. X光有很強的穿透力, 利用X光對於身體穿透性的不同, 我們就可以看到身體裡面的狀況了. 目前廣泛的運用在醫療上. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 為什麼天空是藍的呢? | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 在晴朗的日子裡, 我們仰望天空, 可以看到美麗的藍天. 而為什麼天空是藍色的呢? 是許多人共同的疑惑. 由於各種不同波長的光線通過大氣時, 波長較長的光線(如紅光)比較不容易被散射, 而波長較短的光(如藍光)比較容易被散射, 因此天空中遠離太陽的部份為藍色的, 而接近太陽時則是白色偏黃色. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 光線穿過任何透明物質都會產生折射嗎? | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 事實上,
光線只有在穿過折射率不同的介質時才會產生折射.
舉個例子來說, 如果光線一直在同一種介質中, 那麼光並不會產生折射. 例如光線在完全靜止且均勻的水中, 是直進的. 而光線是否產生折射, 重點在於是否穿過折射率不同的介質. 比如說光線由水中射到空氣中, 因為水與空氣具有不同的折射率, 因此水與空氣的介面上, 就會產生折射現象. 另外補充一點, 理論上, 如果光線穿過兩種物質, 但這兩種物質的折射率相同, 這時也不會產生折射現象. |
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宇宙是否將會走向死亡呢? 從熱力學的角度 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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在一些科學雜誌上, 有時會看到一些這類的聳動性文章. 宇宙是否會走向終點,
是個很吸引人的哲學問題. 在統計力學的角度上來看, 如果宇宙可以看成是一個獨立的系統, 宇宙的終點似乎是可以預料到的. 因為一個獨立系統中, 其熵(或稱亂度)只會一直增加. 因此當宇宙的熵到達極大值的時候, 所有的熱反應都已經達到平衡了, 一切將再度歸於平淡, 或者說這就是宇宙的終點. 關於這個問題的解答, 到目前為止都還是個未解的謎, 值得大家思考. |
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