物理與天文學

此研究由2020的IYPT中的其中一題的題目中發現，當兩根以上的蠟燭擺在一起時，蠟燭火焰會產生穩定的耦合震盪，於是本研究將深入探討此現象。我們將兩組蠟燭束以不同的距離由近而遠擺放，發現其會產生同相震盪、轉相序、反相震盪的現象。除了觀察蠟燭火焰不同的震盪的模式，也分析了其在各個模式下的相位差與頻率。接著我們以理論模型來探討蠟燭火焰在不同的間距時的理論相位差與頻率，並與我們得到的實驗數據進行比較與討論。再來為了觀察蠟燭周圍氣流流動的情形，我們使用紋影攝影觀察並使用線香煙霧與PIV技術來分析周圍氣流的流動速率與氣流產生漩渦的位置，與在不同的震盪模式下蠟燭火焰周圍渦流出現的特徵和渦流交互影響的情況。我們利用其得到的結果建立一氣流流動模型來解釋周圍氣流流動、渦流與蠟燭火焰震盪的現象的關聯並嘗試驗證，且希望尋找到更穩定的震盪器取代蠟燭。

本研究發現玉米粒受熱爆開的時間分布圖形，不符合普松分布圖形，證明玉米粒爆開不是一個隨機事件。研究亦發現玉米粒爆開的時間，會受玉米粒內水分的多寡與加熱時油溫的影響。從玉米粒在加熱的過程中，尖端的小孔會冒出氣泡，我們建立了「玉米粒壓力鍋模型」、發現玉米粒冒出氣泡的速率改變，符合白努力定律。再將玉米粒內產生的水氣莫耳數減掉溢出的水氣莫耳數，配合理想氣體方程式，我們得到一公式，可以解釋玉米粒在加熱過程中的壓力變化。並從此公式可解釋為何玉米粒在水分多、高油溫、孔徑小的情形下容易爆開。最後我們將推論的物理模型做數值模擬，發現模擬結果與實驗所觀察的現象相符。

本研究開發一種檢測水質之創新技術，利用電化學阻抗分析法檢測水樣中微量的銅離子。本實驗研究確知：當溫度越高，溶液的電阻值越小；離子濃度愈低，測得的溶液電阻值越大，且皆具有檢量關係，濃度量測極限可至10-6 M。此外，以鏈狀硫醇連結組胺酸之改質電極對銅離子皆相對具較佳辨識能力，又以 11-MUA改質電極靈敏度與量測極限皆最佳，最低濃度可量測至數量級10-8 M (約0.0019 ppm)，遠低於現行銅離子流放標準。以效能最佳之11-MUA改質電極以環境水樣外加法量測不同銅離子濃度下之Rct值，發現兩者亦具有線性檢量關係，因此此檢測模組適用於環境水樣之檢測。 目前已確認此檢測模組適用於環境水樣中銅離子濃度之定量，未來期望拓展此檢測法於不同重金屬離子，以對不同離子具選擇性之單分子層材料修飾於電極表面，使此檢測模組能廣泛應用於水樣中常見重金屬離子之濃度檢測。

核塌縮超新星(Core-Collapse Supernova，CCSN)，又名II型超新星(type II supernova)，是宇宙中最重大的爆炸現象之一，在天文物理學上有許多探索與應用。核塌縮超新星被認為源自於大質量恆星的死亡，但是目前尚不清楚大規模恆星演化及有關核塌縮超新星的物理學，為獲取有關核塌縮超新星的知識與應用，我們使用一維程式碼Modules for Experiments in Stellar Astrophysics (MESA)執行大質量的恆星演化模型。對於此次研究中我們模擬大質量恆星從零齡主星序(zero age main sequence，ZAMS)演化為核塌縮超新星，並透過考慮不同質量祖星(progenitor)上的各種爆炸能量、金屬量(metallicity)、角動量(angular momentum)展示其演化狀態，討論這些恆星演化的物理參數如何影響超新星爆炸及呈現的光變曲線。我們的模擬結果與觀測數據相當符合，可解釋其祖星的起源及物理意義。

本研究利用平行電板建立電場，觀察在外加電場下環形泡膜的各種形變運動。電場越大時，形變越大；分別使用不同大小的環形框架觀察，發現形變量與框架半徑的比值會隨著框架半徑增加而減小，推論與表面電荷密度的分布變化有關連。將泡膜從薄到厚分成五個區域，針對不同厚度的泡膜與運動型態做分析，發現運動狀態可以大致分成，穩定震動、提升點，以及急遽增加後碰到電板破裂三個階段。針對電場26,666 V/m-33,333 V/m時的震動現象做深入分析，利用簡諧運動的模型來詮釋泡膜運動，藉以預測不同表面張力液體對應的彈性係數。未來期望利用不同電解質去改變泡膜組成，探討不同電解質在電場下的運動行為。