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圖解 電波與光的基礎和運用

圖解

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9789865110185
井上伸雄
陳朕疆
台灣東販
2019年5月29日
133.00  元
HK$ 113.05
省下 $19.95
 
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ISBN:9789865110185
  • 叢書系列:樂讀科普
  • 規格:平裝 / 256頁 / 14.7 x 21 x 1.5 cm / 普通級 / 雙色印刷 / 初版
  • 出版地:台灣
    樂讀科普


  • 自然科普 > 物理/化學 > 概論











    從技術的歷史講起,最適合入門者的一本書!



      當今世界可說是由「電波」建構而成。我們的周遭隨處可見電波的存在,如廣播、電視、手機、Wi-fi、藍牙等。與電波同屬電磁波的「光」也一樣。除了照明用的燈光之外,我們也會將光的各種特性應用在我們的日常生活中。



      各種「電波與光」的尖端技術支持著現代社會,要瞭解這些技術的原理,就必須學會基礎知識才行。



      將高中物理的內容簡化,

      一本搞懂「電波與光」的誕生與應用!




      本書會盡量擺脫複雜難解的數學公式,結合最新、最切身的具體實例,簡單說明各種生活中的物理現象。



      不同於一般教科書將各個理論拆開說明,讓我們從起點「電波的發現」開始,隨著簡潔直白的文字,循序漸進認識這個世界吧!



      第一章 生活中不可或缺的電波

      第二章 電磁波的本質

      第三章 電波和光是同樣的東西

      第四章 光的各種性質

      第五章 接下來是光子學的時代

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    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

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    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

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    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

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    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

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    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

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    前言



      「電波」與「光」乍看之下是毫無關係的兩種東西,但事實上它們都是「電磁波」的一種,只差在波長不同而已。電磁波除了電波與光之外,還包括了紅外線、紫外線、X光攝影中會用到的X射線、令人聞之色變的輻射線中的γ射線等。電波與光(可見光)只是電磁波的其中一部分而已。



      本書將會用淺顯易懂的方式,介紹各種電磁波的性質、產生電磁波的原理,以及如何應用這些電磁波。



      電波與光皆屬於電磁波,如名所示,它們都是一種「波」,故兩者都有著像波一樣的行為。不過在二十世紀後,陸續有人提出光可能是「粒子」的理論。時至今日,人們已確立光同時擁有「波」和「粒子」的性質,如同擁有雙重人格的角色。然而對一般人而言,這樣的敘述應該很難理解吧。



      打開高中的物理教科書,是可以看到書上寫著「電波與光皆屬於波」、「光同時擁有波和粒子這兩種性質」、「除了光以外,還存在著如電子射線般,原本應以粒子狀態存在的電子,卻能展現出波的性質」之類的敘述,但只看教科書的話還是讓人覺得一知半解。為了讓學生理解這些敘述,高中的老師們會想盡辦法用各種有趣、易懂的方式說明。不過要是說明方式太爛,學生們就會覺得物理很難懂、很無聊,進而排斥學習物理,讓許多人逐漸遠離理科的學問。



      本書的目標是將高中物理教科書中所提到的知識,以盡可能簡單、易懂的方式說明清楚。除了讓高中生看懂以外,也能回答一般人對電磁波的疑問。即使一般人覺得這些問題很困難而敬而遠之,也能在讀過這本書後,在某種程度上理解這些問題的答案。



      手機和電視都會用到電波,是我們日常生活中常接觸到的應用,不過很少人知道它們分別是用那些頻率的電波,本書將對此詳細說明。



      說到光,其實可以談到不少一般人不太清楚的故事。本書會試著詳細說明這些內幕,讓大家看完後能有「啊,原來如此,是這個樣子啊」的感覺。



      最近在天文學的領域內也出現了許多大新聞。這些天文學上的發現並非只靠肉眼可見的光,還用到了無線電波、X射線等新型天文學研究方法。本書也花了一些篇幅介紹這些研究。



      如果讀者在看過本書之後,能夠對原本覺得很困難而避之唯恐不及的電磁波開始有點興趣,並進一步試著瞭解相關知識,對我而言就是最大的回報了。

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    2018年5月

    井上伸雄




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