圖解電波與光的基礎和運用

目錄

前言

第一章 生活中不可或缺的電波

1-1 電波的發現——赫茲的實驗與馬克士威的預言

1-2 電波的頻率——1秒內有幾個波峰呢

1-3 再複雜的波也可視為sin波的組合——瞭解電波的性質

1-4 電波的各種傳播方式——直線前進、繞射、反射、折射

1-5 電波的干涉——同相會增強、反相會減弱

1-6 以頻率為電波分類——分為通訊、電視廣播、雷達等用途

1-7 天空中有一層可反射電波的電離層——業餘無線電玩家的功勞

1-8 頻率的寬度是什麼——頻寬越廣品質越好

1-9 電視廣播所使用的電波——NHK東京為FM 82.5 MHz的意思

1-10 手機所使用的電波——白金頻段的爭奪戰

1-11 雷達所使用的電波——極度精密的氣象雷達

1-12 放出電波、處理電波的天線——長度為波長的一半的效率最好

1-13 可自由改變電波方向的「相位陣列天線」——應用在神盾艦與5G手機上

1-14 利用電波傳送電力的「微波無線供電」——應用在海上風力發電與太空中的太陽能發電

第二章 電磁波的本質

2-1 電場與磁場——開放的電力線、封閉的磁力線

2-2 電力與磁力的關係——電力產生磁力、磁力產生電力

2-3 馬克士威的預言——光也是一種能在真空內前進的電磁波

2-4 電磁波是電波與磁波糾纏在一起所形成的波——360度往外擴張前進

2-5 電磁波的極化是什麼——手機所使用的垂直極化波、電視所使用的是水平極化波

2-6 電子的振動會產生電磁波——溫度提升時會產生電磁波

2-7 電磁波可讓電子振動——電波如何將水加熱

2-8 電磁波對人體的影響——對心律調節器的影響

物理之窗 弗萊明定則

第三章 電波和光是同樣的東西

3-1 光也是電磁波——從紅外線、可見光，到X射線、γ射線

3-2 物體溫度上升時會產生電磁波——黑體輻射的光譜

3-3 太陽與恆星所放出的電磁波——由光譜測量星體的溫度

3-4 紅通通的太陽——夕陽為什麼是紅的？

3-5 X射線是波長較短的電磁波——如何產生X射線？

3-6 對人體來說危險性很高的γ射線——不過可以用來滅菌或消毒

3-7 以電波觀測星星的電波天文學——甚至用到亞毫米波來觀測

3-8 從電波可以瞭解到宇宙的什麼呢？——黑洞與宇宙背景輻射

3-9 可見光窗、電波窗——之所以只能在大氣層外捕捉到來自宇宙的X射線，也是肇因於此

3-10 極光的成因與顏色——極光與霓虹燈的原理相同

3-11 各種物質所發射出來的光譜——當激發態的電子回歸基態時

3-12 用光譜研究宇宙中的物質——從天體的速度，到宇宙的膨脹

3-13 尋找「第二地球」——由吸收光譜分析大氣成分

物理之窗 原子結構

第四章 光的各種性質

4-1 光擁有波的性質——楊格的光干涉實驗

4-2 繞射光柵——可用來測量波長

4-3 光通過結晶時可觀察到繞射——由布拉格定律瞭解結晶結構

4-4 光是波還是粒子——愛因斯坦的光量子假說

4-5 電子的波——同時是波也是粒子的波粒二相性模型

4-6 光學顯微鏡與電子顯微鏡——波長越短，解析度越高

4-7 光會產生壓力嗎？——藉由太陽光的壓力推進探查機

4-8 光速為秒速30萬公里——羅默的觀測與斐索的實驗

4-9 光速一定，不會改變——邁克生與莫雷的實驗

4-10 光為什麼會折射呢——隨著介質與波長的不同，光會有不同程度的折射

4-11 光的全反射——鑽石的光彩奪目來自於它很高的折射率

4-12 藉由光纖纜線來傳送光訊號——前進20 km後仍有一半的強度

4-13 天空與大海為什麼是藍色的呢——波長較短的藍光會在空氣中漫射，在大海中則可持續前進

4-14 對人類肉眼有害的光：紫外線與藍光——請避開短波長的光

第五章 接下來是光子學的時代

5-1 光子學是什麼——以電子學控制光子的技術

5-2 雷射光——用於光通訊的同調光

5-3 半導體雷射——1秒內發出數百億次光脈衝

5-4 LED是二十一世紀的照明工具——藍光LED的發明拓展了LED的用途

5-5 CD、DVD、BD——藍光雷射可記錄五倍於DVD的資料密度

5-6 用光來通訊——容量越來越大、速度越來越快

5-7 會用到光的「量子電腦」——什麼是「量子疊加態」？

物理之窗 愛因斯坦預言了「重力波」的存在

索引