物理與天文學

國慶煙火在天空綻放時，顏色斑斕炫爛，不禁在想，火藥裡頭究竟加了哪些物質造成這些五顏六色的絢麗光芒？於是開始搜尋資料，發現這些多彩的色光，是因為電子在不同的軌域中躍遷時放出來的光芒，稱為焰色反應。於是我們開始動手作實驗，發現在酒精膏上填充不同的金屬離子會出現不一樣顏色的火焰，而且在火焰的外部加入電場，竟然能使火焰產生偏折的現象！這個現象更引起了我們的好奇，火焰中是否含有帶電離子，以致於被電場吸引？又添加不同價數的離子，是否會因為價數的不同而造成偏折角度的差異？於是我們經過了反覆實驗後觀察到失去電子的正電離子，確實會因為電場的影響造成不同角度的偏折，且正電離子本身的價數越大，造成的偏折角度越小。

此研究期望找到穩定磁浮的方法及探討產生磁浮振盪的變因。首先利用吸附上鐵材的磁浮體，觀察其造成的磁浮減震。實驗過程藉由變動磁場，發現週期性變動的磁通量對鐵磁體的磁化及渦電流產生影響，進而改變磁振盪振幅及阻尼係數。研究結果得知磁場的交變頻率越大，會導致磁浮體所受斥力增加且鐵磁體形成的減振效果減緩。另外，複合磁體中受硬磁磁化的鐵磁體在頻率到達一定區間時才能觀察到渦電流的影響，而此區間受複合磁體排列、磁化強度等變因控制。

本研究探討磁性顆粒在變化磁場中的運動。燒杯內置入水和氧化鐵粉，構成磁性膠體系統，將燒杯放在磁攪拌器檯面上運轉，發現奇特的水流方向，有時順時針方向運轉，有時則逆時針。此現象是否與氧化鐵粉分布在水面或底部有關？底部的氧化鐵粉出現特別的反向運動，原因為何？深入研究磁性顆粒的運動，分析磁場變化、表面摩擦力對其影響，以及顆粒反向運動時，推動物體的力學分析，並自製磁鐵轉盤分析磁場分布對氧化鐵粉顆粒的影響。

將黏滯流體放入空心帶軸圓盤中(稱作黏流滾擺)，以繩繞軸芯捲至25.17 cm高度落下，實驗發現填充量為22.500 %~87.500 %時，相對其他填充量以非常緩慢的速度落下且不會彈跳，而圓盤角速度具有週期性，並整合參考文獻理論公式分析邊界層對圓盤運動的趨勢，發現若邊界層變薄則讓液體質心處於α>0，滾擺加速滾動，若變厚，則反之。當釋放高度大於8.55cm無彈跳填充範圍將維持在22.500 %~87.500 %，不受高度影響。而黏流滾擺落下的時間約為空圓盤的122倍。改以黏滯性較小的水作為填充液體則不存在無彈跳填充區域。若改以填充混和質量濃度比例100:6及100:20的黏滯流體與水，則可發現臨界線向左偏移。若填充液體改為固態粒子(細沙)，實驗發現填充比例為4.242 %~93.196 %時，細沙滾擺會固定於高空中而不落下。比較黏滯流體、水、細沙三種填充物質，黏滯流體緩衝效果與穩定性最佳。

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。

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。

本研究主要研究冰棒棍骨牌在崩解時波峰的軌跡，並且逐步分析物理原理。首先，討論冰棒棍的基本性質，接著拍攝崩解時的影片，並分析產生眼鏡蛇波的原理，過程中發現了不同的排列順序會分別產生眼鏡蛇波或Ｃ波，以及當以眼鏡蛇波結尾時，波峰都會有一個旋轉的現象我們使用了Tracker程式來追蹤冰棒棍骨牌崩解時的波峰軌跡，且發現大部分冰棒棍軌跡都呈現相同的函數關係，並建立模型來研究其性質。 本研究已有初步的結果，我們計算出了冰棒棍的楊氏係數，並且做出了冰棒棍波形的擬合。另外也從不同觀察角度觀察出冰棒棍的運動情形，分析出單一冰棒棍的整體受力與運動情形。根據單一冰棒棍的轉動狀況，觀察出類似於進動現象，並對此深入討論。 未來我們希望能夠結合楊氏係數、冰棒棍波形疊合以及冰棒棍受力情形來建立專屬於冰棒棍波的物理模型，並研究其轉動互換模式。將其利用在工程學上。

Given the high sensitivity of electronic instruments, electromagnetic field intensity measuring is now becoming an essential part of the industry. Current electric field intensity meters are unfit for individual use and focus mainly on electromagnetic radiation rather than the field itself. In ionic propulsion, the propulsion force is proportional to electric field intensity but the use of this property on measurement remains largely unexplored. Here, our team investigates ionic propulsion in electric fields generated by electro-static methods and then systematically varies the point of measurement inside the field, thereby altering the intensity of the field without focusing on electromagnetic radiation. By combining the Van de graaff generator with an adjustable ionic thrust propeller, we find that the propeller speed which is proportional to the electric field is directly determined by the electric field intensity. Furthermore, we applied stroboscopy to the system to measure RPM, and have achieved the direct interaction between field intensity and RPM, which could be a new meter for field intensity measurement.

橄欖油含有葉綠素a，葉綠素b，和胡蘿蔔素等高熱吸收率的物質；高斯光束照射橄欖油時，橄欖油吸收的熱量，使橄欖油產生溫度梯度和折射率梯度，並產生熱透鏡(Thermal lens)和自調相(Self-phase modulation)現象。 以雷射光照射盛橄欖油水平置放的方型盒時，中央軸的照度最大，橄欖油的溫度最高，折射率和密度最小。由於對流作用的影響，使得光束照射到的橄欖油的上半部折射率梯度小於下半部；光束通過橄欖油後，在屏幕上出現的繞射圖樣呈現上半部的亮帶半徑小於下半部。 將橄欖油改置圓柱筒中，雷射光由上向下照射，可以消除熱對流現象。用不同功率的雷射，照射不同液柱高度，和不同熱吸收率的橄欖油；探討功率、液柱高度、和熱吸收率對:繞射亮帶最大半徑、繞射亮帶半徑隨時間的變化、和亮帶數目的影響。

液體無固定形狀且往下流。我們偶然得知液滴能在移動表面上維持球型並懸浮數分鐘[1]，故設計實驗探討物理機制。設計出能高速旋轉且維持穩定的滾筒，是首要克服的關鍵；而為了解液滴轉動行為，我們學會操作粒子圖像測速法。此研究控制參數包括滾筒轉速、液滴半徑及種類，除了指出過去文獻未討論的重要細節，並嘗試建立解釋此運動行為的物理模型及推導方程式，得到簡單的解析解和物理圖像。 實驗上，相較在靜止液面只懸浮0.27秒，矽油滴在穩定移動表面可懸浮數分鐘，此可用文獻[2, 3]中的「空氣墊現象」解釋。移動表面上穩定懸浮的液滴，傾斜角θ與滾筒切線速度v及液滴半徑r的-2次方呈正比，實驗數據與我們的預測皆相符。液體種類影響懸浮的最低轉速，液滴受的交互作用力也因液體種類而異。未來將分析液滴晃動程度、可保持懸浮的速度區間與液滴半徑之關係。