何謂物理?
1600~1900間的物理稱為古典物理(Classical Physics,經典物理)。一般包括有:
1、古典力學(Classical Physics):質點運動與流體力學。
2、熱力學(Thermodynamic):溫度、熱轉換和......。
3、電磁學(Electrodynamic):靜電學、靜磁學、電磁波和光波。
1905年後的物理稱為近代物理(Modern Physics)。一般指的是:
4、狹義相對論(Special relativity):
5、量子力學(Quantum Mechanics):
6、廣義相對論(Relativity):
這只是大致分類…
自然界的四種力:
作用力 | 相對強度 | 影響距離 |
強作用力(Strong) | 1 | 10-15 m |
電磁力(Electromagnetic) | 10-2 | 無限遠 |
弱作用力(Weak) | 10-6 | 10-17 m |
重力(Gravitational) | 10-33 | 無限遠 |
重力(gravity):作用於所有粒子間的力
電磁力(electromagnetic force):作用於電荷間的作用力
強作用力(strong force):作用於原子內部的力
弱作用力(weak force):作用於原子內部的力
重力比電磁力弱很多~~
FB,皮皮老師的物理世界:https://www.facebook.com/PiPiPhysics/timeline
「科普書常會說重力比電磁力弱了許多,事實上是弱了大約 10N 倍,N 是好幾十。他們可能會算一算兩個質子之間的重力與庫倫靜電力,然後做個比較。
我有一個比較簡單與直觀的論證方法。
一把在衣服上磨擦過的塑膠尺會帶靜電,可以把桌面或地面上的碎紙片吸住。這個現象所代表的意思,就是整個地球跟一把小直尺搶紙片搶輸了。靜電力大勝。
同樣地,磁棒可以撿起地上的鐵釘,也是意味著磁力比重力強得多。」
單位(Units):SI單位
物理量 | 單位 | 單位符號 |
時間(time) | 秒(second) | s |
長度(length) | 公尺(meter) | m |
質量(mass) | 公斤(kilogram) | kg |
國際單位制(SI單位制):1960年第11屆國際度量橫會議制訂了一套國際單位系統,簡稱SI單位制。至今,SI單位共有7個。
物理量 | 單位 | 單位符號 |
時間(time) | 秒(second) | s |
長度(length) | 公尺(meter) | m |
質量(mass) | 公斤(kilogram) | kg |
電流(current) | 安培(Ampere) | A |
溫度(temperature) | 克氏溫度(Kelvin) | K |
光度(light) | 燭光(candela) | cd |
物質量(amount of substance) | 莫耳(mole) | mol |
1-時間(time):SI單位制中,時間的單位為秒(second,s)
太陽日:地球上某一點,二次面對太陽所需的時間。亦即太陽兩次到達天空正中的時間。
恆星日:地球自轉360度所需的時間。
平均太陽日:一年之中,太陽日的平均值,稱為平均太陽日。
1967年,國際度量衡會議選定,以銫(Cesium-133)原子的某一振動作為標準,此振動9,192,631,770次所需時間定義為1秒。
時間間格 | 單位:秒 |
預估質子(proton)生命期 | 3*1040 |
宇宙年齡(150億年) | 5*1017 |
地球年齡(約42億年) | 42*108 y ≅ 1.3*1017 |
地球公轉週期(一年,year) | 3.1*107 |
地球自轉週期(一天,day) | 24hr*60min*60sec=8.64*104s 86400秒 |
介子(muon)的生命期 | 2*10-6 |
不穩定粒子的生命期(lifetime) | 1*10-23 |
普蘭克時間(Planck time) | 1*10-43……【備註】 |
【備註】由測不準原理可以知道,此時間無法再小了!
2-長度(length):公尺(meter,m)
1960年,公尺的標準訂定為氪同位數發出的波長的1,650,763.73倍,為標準公尺定義。
1983年,國際度量橫會議改用光於真空中1秒鐘所走的距離的299,792,458分之一為一公尺。
長度 | 代號 | |
公里(kilometer) | 103m | km |
公引(hectometer) | hm | |
公丈(decameter) | dam | |
公尺(meter) | 1m | m |
公吋(decimeter) | dm | |
公分(centimeter) | 10-2m | cm |
公厘(millimeter) | 10-3m | mm |
微米(micrometer) | 10-6m | μm |
奈米(nanometer) | 10-9m | nm |
埃(angstrom) | 10-10m | Å |
光年(light-year):光走一年的距離~9.46*1015 m/y
天文單位(astronomical unit,AU):太陽到地球的平均距離~1.5*108 km(光從太陽到地球約8分鐘)
3-質量(mass):SI單位制中,質量的單位為公斤(kilogram,kg)
1889年以前,定義為40C時一公升的水的質量,稱為1公斤。
1889年國際度量衡會議中採用鉑銥合金製成的公斤容器作為標準。
單位原子質量(Unified atomic mass unit,u)
定義:碳-12的原子質量定義為12u,因此可推得1u=1.66*10-27kg
重量 | 代號 | |
公噸(Ton) | 103kg | t |
公擔(Quintal) | q | |
公衡(Myraiagram) | Mag | |
公斤(kilogram) | 1kg | kg |
公兩(Hectogram) | Hg | |
公錢(Decagram) | Dag | |
公克(gram) | 10-3kg | g |
密度(density):單位體積的質量
質子質量~1836電子質量
4-電流(current):安培(Ampere,A)
(electric current)
單位:
5-溫度(temperature):克氏溫度(Kelvin,K)
Kelvin Scale(克氏溫度,T)
絕對0度=0K
Celsius Scale(攝氏溫度,)
Fahrenheit Scale(華氏溫度,)
【注意】在寫攝氏溫度時會寫成1000 C,上面的0指的是“度”,讀成 “100度C”。但絕對溫度中,則不需要。只要寫為100K就好!
【補充】人體溫度約為370 C(大約是980 F),如果體溫為1000 F(37.70 C)就是輕微發燒了!
室溫250 C(大約是770 F)
夏天溫度300 C(大約是860 F)
沙漠溫度標高到400 C(大約是1040 F)
6-光度(light):燭光(candela,cd)
1979年10月第十六屆國際度量衡大會將燭光定義為:給定一個頻率為(約 )的單色輻射光源,該輻射源在某個方向的輻射強度為,則該輻射源在該方向的發光強度為1燭光。
1燭光的點狀光源所發出的總光通量為 流明。1流明=1燭光⋅立弳。
球面度,也稱為立弳(英語:Steradian,符號:sr),球表面積為,因此整個球有個球面度。
一支普通蠟燭的發光強度約為 。
7-物質量(amount of substance):莫耳(mole,mol)
以莫耳當作物質粒子數的單位
1莫耳的物質質量=分子量(或原子量)
Mole數:
:分子數
稱為亞佛加厥常數(Avogadro’s Number)
:質量
:莫耳質量,1莫耳的質量。
:單一個分子或原子的質量。
1mol= 個粒子
【補充】水分子()的『相對分子質量(分子量)』約為18.016,一莫耳水的質量為18.016克。
氫()原子量:1.008
氧()原子量:16
【補充】氫氣 與氧氣 反應生成水,可以用化學方程式表達為:。其意義為2莫耳氫氣與1莫耳氧氣反應生成2莫耳水。
數量級(維度)(Order of Magnitude)與維度分析(Dimensional Analysis):
假設 、 。
可以說 A 和 B 的數量級都是 4。
質子半徑為 ,可以說它的數量級(維度)為 -15。
維度分析又稱因次分析
維度(dimensions):以 表示 x 的維度
距離
時間
質量
面積
速度
加速度
力
壓力
例題:根據牛頓第二運動定律 ,作用在粒子的力 跟其質量 和加速度 有關。根據牛頓萬有引力法則,粒子間的吸引力,其中 是粒子間的距離。試問 的維度?
SOL:
the dimension of
the dimensions of
『有效數字』與『估計值』
基本測量莫過於長度、時間、質量和溫度。
在這些測量中,儀器不可能無限制的準確,實驗中一定會產生誤差。
記錄實驗數據時,會記錄『準確值』加上一位數的『估計值』。
有效位數的加減乘除
例題:
SOL:
有效位數到小數點後一位,所以答案為28.8。
例題:
SOL:
有效位數到小數點後1位,所以答案為8.6。