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/ 光与热
| 为什麽由山上看山脚下的灯光会觉得灯光一闪一闪的呢? | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
 | 在晴朗的夜晚，由山顶上往山下看，点点的灯光闪烁着。为什麽灯光会有闪烁的现象呢? 这是因为山顶与山脚下有一段不短的距离，期间的大气扰动，会影响到光线的传递，使光线产生折射的现象。 因此在山顶上面看山下的光线会有闪烁的现象。同样的看天上的星星一闪一闪亮晶晶也是这个道理。
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| 为什麽放大镜会将物体放大呢? | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 放大镜是由凸透镜做成的，光线经过凸透镜会有汇集的效果，当我们检视物体时，物体放置在凸透镜的焦距内，我们的眼睛就会看到凸透镜的放大虚像了。这个道理若有学过国中的理化就可以明白了。
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| 为什麽放在水中的筷子看起来断掉了呢? | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 当我们把筷子放入装水的杯中，我们可以看到筷子似乎断掉了，断面在水面附近。事实上这是因为光线折射的关系。因为光线通过水面时会发生折射 (思乃尔定律 n1SinA=n2SinB, A为入射角, B为折射角,n1为入射介质的折射率, n2为射入後介质之折射率) 经过折射的光线看起来是由不同的位置所发射出来的，因此会有筷子断裂的错觉。 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 光的折射现象是如何产生的呢? | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 我们知道，在玻璃中光的行进速度比较慢，因此当一束光涉入玻璃时，偏内侧的光线比较早进入玻璃中，因此走得比较慢，而把整个光波的波前方向给改变了，因此产生折射现象。
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| 为什麽光有各种颜色呢? | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 在日常生活中, 望眼观看四周, 可以观察到四周有着各种颜色不同的事物, 也许你会问, 各种不同颜色的光, 性质有什麽不同呢? 事实上光是一种电磁波, 电磁波具有震动的性质, 各种不同颜色的光, 其实就是震动频率不同的电磁波, 而透过刺激我们的双眼, 产生红橙黄绿蓝靛紫等不同的颜色. 以下就是光频率与颜色之间的关系
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| 到底什麽是光呢? | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 光其实就是震动中的磁场与电场(也就是电磁波)。 但是有时候光也可以看成一个粒子(在某些领域会用到这个观念) 称为photon(光子)。 光的传递不需要介质， 跟其他的力学波(如绳波，水波)不大一样 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 为什麽燃烧东西会产生光呢? | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 燃烧时，因为将化学能转换成热能，使物体的温度上升。 在物体接受热能时，物体中的电子会被弹到比较高的能阶。 再落下，而发出电磁波。 有些电磁波的波长刚好在可见光的 围内因此会产生明亮的可见光) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 为什麽灯泡中的钨丝会发光呢? | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 灯丝之所以会发光，是因为电流流过时把钨丝上原子的电子撞飞起来(升到比较高的能阶)，但是又没有到完全脱离原子的程度。 当电子再掉回原来位置时(原来的能阶)，电子的位能(能阶能量差)就会以电磁场(光)的型式放出。 因此我们会看到钨丝发光，而照亮我们的房间。 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 什麽是凸透镜? 什麽是凹透镜? | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 简单的说，凸透镜就是一种圆弧形的玻璃片，而两侧的宽度比较小，中央的宽度最宽。而凹透镜则相反，两侧的宽度较大，而中央的宽度最小。 凸透镜有汇聚光线的功能，而凹透镜能够使光线散开。
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| 克氏温标(Kelvin scale)跟摄氏温标之间的关系是什麽呢? | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 摄氏温标是以水的凝固点订为零度，水的沸点订为100度，其他温度再用这两个基准点内插或外插出来。 而克氏温标是怎麽订出来的呢？假设今天在定压下你有一团固定分子数的气体，你把这团气体降温，会发现气体的体积会缩小。若以x轴为温度，y轴为气体体积作图，两者的关系会成一斜率为正的直线。你把这条体积的降温曲线一直向下延伸，当这条线与x轴相交时（也就是气体体积变为零时），你会发现此时温度为零下273.16度。於是科学家就订摄氏 -273.16度为绝对零度。 克氏温标就是以这绝对零度为零度，而其温度的间距跟摄氏温标相同。所以说，克氏温标只不过是把摄氏温标的温度向下平移了273.16度而已。假设摄氏温标读到的温度是T度，克氏温标读到的温度是K度，两者的转换为 K=T+273.16 。 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 如果我能够看得到对方, 对方也能够看得到我吗? | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 当你在一旁观察别人的时候, 其实是有光线由对方身上射向你, 而被你的双眼所感受到. 所以对方是否能够看到你, 跟你是否能够观察到对方是没有关系的. 如果你躲在暗处, 这时候没有光线从你身上射出来, 这时候别人只会看到你所处在的暗处是一片漆黑, 而不会发现那边有个人躲在那边. 许多电影中主角躲避恶棍时, 躲在暗处之中, 恶棍就没有办法察觉主角身置何处了. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 光速有多快?一个给人一点直觉的说法. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 光速有多快呢? 我们都知道, 光的传递速度很快. 可是要形容光有多快, 似乎有点困难. 以下的讨论说不定可以让大家有多一点直觉.
<表一> 各种物体的移动速度 由上面的表可以看出来, 人类的短跑最高短跑速度大约为40km/hr, 而光的速度大约为奥运短跑名将的2700万倍快. 即使是速度极快的战斗机, 光速也要比它快上50万倍! 可是这样的倍数似乎还是很难想像. 因为生活中没有什麽是相距50万倍的, 而且战斗机的速度有多快, 我们也很难想像. 因此我们再换个方式试试看. 我们知道, 地球很大. 但地球有多大呢? 在本站的趣味物理问题中有讨论过. 不过在这边我们的重点不是讨论费米问题, 所以先拿天文学家测量出来的数据来算算看. 地球的赤道半径为6378km 因此地球的赤道周长为 因此我们可以算出, 各种物体绕地球所需要的时间 光绕地球一周所需时间= 40000000m / 299792000 (km/s) ~ 0.1334 s 光绕地球一周只需要 0.13秒左右, 也就是说, 在一秒之内, 光可以绕地球 1/0.1334 = 7.5 圈 我们再来看看其他物体速度的列表比较:
<表二> 各种物体的移动速度比较
由这个表可以看出来速度的差距十分明显. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 聚光灯打出的光, 若通过一个乾净无尘的环境, 我们看得到光线的轨迹吗? | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 答案是看不到这道光线. 日常生活中我门使用手电筒的时候, 我们常常可以在手电筒的前端看到光线直线射出去, 发出一道光柱. 其实这是因为在空气中有许多灰尘粒子, 在光线射出手电筒的时候, 就会反射手电筒的光, 而让眼睛接收到这些反射的光线. 如此一来你就会看到手电筒前发出一道光柱了. 因此如果我们用聚光灯在乾净无尘的环境中照射, 这时候没有灰尘或是小粒子可以反射光线, 我们是看不到光线的轨迹的.
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| 什麽是X光呢? | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 在健康检查的时候, 常常会有照X光的项目, 站在机器前面, 只听到卡的一声, 医生就说照好了, 也没看到什麽光. 或许你会问, 到底什麽是X光呢? 所谓X光, 也就是x射线(x-ray), 是由仑琴(Wilhelm Rontgen）在1895年所发现的. 是一种波长介於珈玛射线(r)和紫外光之间光线. X光的波长比可见光还要短, 因此是一种高能量的电磁波. (由 E = hv = hc/λ的公式可以算出, 波长越短的光线, 光子能量越高) 由於X光的波长不在可见光的 围之内, 因此我们用肉眼是看不到的, 所以在入学健康检查的时候, 照X光并不会感觉到有光线照在身上. X光有很强的穿透力, 利用X光对於身体穿透性的不同, 我们就可以看到身体里面的状况了. 目前广泛的运用在医疗上. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 为什麽天空是蓝的呢? | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 在晴朗的日子里, 我们仰望天空, 可以看到美丽的蓝天. 而为什麽天空是蓝色的呢? 是许多人共同的疑惑. 由於各种不同波长的光线通过大气时, 波长较长的光线(如红光)比较不容易被散射, 而波长较短的光(如蓝光)比较容易被散射, 因此天空中远离太阳的部份为蓝色的, 而接近太阳时则是白色偏黄色. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 光线穿过任何透明物质都会产生折射吗? | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 事实上,
光线只有在穿过折射率不同的介质时才会产生折射.
举个例子来说, 如果光线一直在同一种介质中, 那麽光并不会产生折射. 例如光线在完全静止且均匀的水中, 是直进的. 而光线是否产生折射, 重点在於是否穿过折射率不同的介质. 比如说光线由水中射到空气中, 因为水与空气具有不同的折射率, 因此水与空气的介面上, 就会产生折射现象. 另外补充一点, 理论上, 如果光线穿过两种物质, 但这两种物质的折射率相同, 这时也不会产生折射现象. |
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宇宙是否将会走向死亡呢? 从热力学的角度 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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在一些科学杂志上, 有时会看到一些这类的耸动性文章. 宇宙是否会走向终点,
是个很吸引人的哲学问题. 在统计力学的角度上来看, 如果宇宙可以看成是一个独立的系统, 宇宙的终点似乎是可以预料到的. 因为一个独立系统中, 其熵(或称乱度)只会一直增加. 因此当宇宙的熵到达极大值的时候, 所有的热反应都已经达到平衡了, 一切将再度归於平淡, 或者说这就是宇宙的终点. 关於这个问题的解答, 到目前为止都还是个未解的谜, 值得大家思考. |
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