維修烤土司機

我是麵包控，結果早上要烤土司發現機器壞掉了...

沿路查修

開關沒問題

加熱器也OK

溫保也通路

結果火線端連接開關處開路了

不知道斷在哪邊

先上電用驗電筆查

外線路沒問題

那就是內部那條耐熱線了

                                        

線頭連接端竟然是特規螺絲，擺明了不給維修

幸好我有工具

拉出耐熱線，原來裡面還藏著另一條溫度保險絲

一量果然開路

240度換上，測量電源處就有電阻了

電源處和耐熱線不用焊接

以免未來又要更換線會不夠長

補上一小段耐熱套用壓接，再套上熱縮套絕緣

搞定~~可以吃早餐了

簡易焊接抽風機

看圖說故事就懂

物理常數的意義2

上一篇提到

我們經常把這個世界拆成不同的體系來研究

再利用不同的物理量來描述這些現象

物理量被規定了大小之後

如果這兩個(或多個)物理量有交互作用的關係

例如質量和能量，質量和引力，電流和磁場，能量和溫度等

為了要保持原本物理量的大小

在轉換的過程中就要加上一個常數

才能保持在數學關係成立時，每個物理量的大小一致

也就是說有點像是匯率轉換的概念

台幣轉美金，美金轉日幣，日幣轉台幣等

都有一個轉換的常數(匯率)

因此這些常數簡單來說就是連結不同物理體系的「匯率」

例如能量和質量的匯率是光速

能量和頻率的匯率是普朗克常數

動能和溫度的匯率是波茲曼常數

這個匯率以前通常是從實驗(測量)的結果得到的

因此不同時期的匯率都不一樣(實驗越來越精準或用了不同方法實驗)

但這並不是一件好事

因為那就表示我們的單位大小隨著時間的推移可能會慢慢改變

(現在1公尺的距離，1000年後可能是100.001公分_只是比喻，不要當真)

因此2019年國際度量衡大會(CGPM)直接規定了7個常數

如下

再利用這些常數來定義基本單位

這樣，這些基本單位就會恆久不變了

因此有些常數因為老大被固定了

原本的定義就會跟著改變

例如連結電流和磁場的真空磁導率μ0

因為安培的定義從原本

「在真空中，截面積可忽略的兩根相距1公尺的無限長平行直導線，通以等量恆定電流，若兩導線每公尺長度間的相互作用力為 2 × 10⁻⁷ 牛頓，則每根導線中的電流為1安培」

變成

「1安培等於在1秒內通過 1/(1.602176634 × 10⁻¹⁹) 個基本電荷的流量」

也就是說轉換電流和磁場的匯率原本是一個定值4π × 10⁻⁷

(這個定值的目的是讓交互作用力維持定義的2 × 10⁻⁷ 牛頓)

現在因為安培的定義改成跟著基本電荷走

μ0反而變成必須從實驗的結果得到，變成不確定值了

連帶影響交變電場和位移電流的匯率_真空電容率

還有電量和庫倫力的匯率_庫倫常數

(注意：這是簡化的說法，讓大家比較容易明白，之後的萬有引力常數也是如此，很多時候不同物理量的轉換往往都是兩三個連帶影響另一個，而不是一對一的關係，可以參考下圖鉛筆的部分)

都從定值變成不確定值(當然差距不大的)

一起跟質量和引力的匯率_萬有引力常數當好朋友

都變成了實驗測量值

再談談萬有引力常數，質量和引力的匯率

原本就是從實驗結果推導出來

而且當初「力」(牛頓)在定義時就沒有引入常數(同一個體系)

因此萬有引力常數就跟2019年的事件沒有關係了

物理常數的意義1

物理，就是研究這個世界運作的規律

但我們為了方便研究

會把這個世界拆成不同的體系來看

例如：力、電、磁、光、熱等

再利用不同的物理量來描述

例如：能量、動量、長度、時間、質量、溫度等

這些物理量的大小必須大家有共識

否則就常常會雞同鴨講

例如盎司就是一個讓人匪夷所思的單位

因此在幾個大體系中我們就會將某些重要的物理量規定下來

不然電磁學中的高斯事件就會不斷上演

可以參考磁場的單位1-6集

這些重要的物理量其實也不多，就7個而已

也就是SI制 (Système International d'Unités, SI，國際單位)

1.公尺 (m) - 長度

2.公斤 (kg) - 質量

3.秒 (s) - 時間

4.安培 (A) - 電流 

5.克爾文 (°K) - 熱力學溫度

6.燭光 (cd) - 發光強度

7.莫耳 (mol) - 物質的量

這7個就叫做基本單位

和其他單位最大的差別就在於基本單位是一個放諸四海皆準的物理量

不會因為其他定義的改變而被更動

這些單位的大小在制定時都有它的歷史背景

但隨著我們對這個世界的描述要求越來越精準

以前的定義(例如公斤就是一個實體原器，IPK)在空間或時間尺度極大或極小時就會產生偏差

因此2019年國際度量衡大會(CGPM)做了一個非常重大的變革

將7個基本單位重新都用基本常數來定義

因此這些常數有些原本是從實驗結果得來的

就乾脆直接定義

也就是說，不管未來你的實驗多精準

從現在起我說了算

這7個常數就是

1. 銫-133原子基態能階躍遷頻率 (Δν_Cs)，9,192,631,770 Hz，定義秒

2. 真空中光速 (c)，299,792,458 m/s，定義公尺

3. 普朗克常數 (h)，6.62607015 × 10⁻³⁴ J·s，定義公斤

4. 基本電荷 (e)，1.602176634 × 10⁻¹⁹ C，定義安培

5. 波茲曼常數 (k)，1.380649 × 10⁻²³ J/K，定義克爾文(°K)

6. 亞佛加厥常數 (NA)，6.02214076 × 10²³ mol⁻¹，定義莫耳

7. 540×10¹² Hz的光視效能 (Kcd)，683 lm/W，定義燭光

基本上秒、公尺、燭光的定義在本質上沒有改變

只是把數量更精準描述

但公斤、安培、克爾文、莫耳就幾乎是重新定義(當然大小在日常生活使用不會有差別)

細節之後有機會再說

那為甚麼要用這些基本常數來定義呢？

這些基本常數又代表甚麼意義呢？

待續

提高勾表靈敏度

勾表用耦合的方式，不需要打開電路串聯

因此可以偵測極大的電流，隨便都有幾百安培!!

但同樣的，對微小電流就不靈敏了

通常辨識率約10mA
相較於安培計(三用電表)到微安等級，實在差很多
還是有方法可以提高準確度的~~
從原理下手就對了...

拉高磁通量就可以

用實心線繞十圈串聯在電路中

這十圈可以增加十倍的磁通量

理論上就提高了十倍的準確度

實測如下

直接勾電線

勾十倍線圈

但也不可能無限制拉高分辨率

實心線繞100圈!!

不實際吧~~

電感耦合的應用_自製CT環

再來隨便寫

之前花了許多篇幅說明數位電錶測量電壓的原理

還有測量電阻的方法

當然，利用串聯測量電流的方式也說過了

指針式的構造和電路原理也寫過

也利用這些原理和大家分享如何分辨一般電表與TRUE RMS電表

加上前幾天說的耦合概念

勾表就誕生了~~

原理和實驗也可以參考這篇

大功率的功率計也是相同的方法測量電流

那顆電感就叫做CT環(比流器 ，Current Transformer)

CT環的構造很像一般的環型電感

只不過內部線圈的圈數更多，至少都是上千

基本上不可能有辦法自己繞

用變壓器來改裝吧!!

一般工型變壓器有一級線圈和二級線圈

低功率降壓型的工型變壓器一級線圈通常線圈數都很多

拆掉二級線圈只留一級線圈就可以充當比流器了

直接在CT環接上LED燈就可以比較通過的電流大小

完全非接觸

這就是耦合厲害的地方

物理教育推廣獎

這個獎或許對很多人來說微不足道

但對我而言卻是意義重大

22年前因為林泰生和張慧貞老師的介紹

認識了「物理教學暨示範研討會」(物理教育聯合會議的前身)

原本都只在台下聽講，露出崇拜的眼神

終於在2005年鼓起勇氣在中山大學發表了第一篇教學文章

那年剛好30，老婆挺著大肚子陪我參加

要跟台下一堆教授講物理教學，10分鐘應該流了10公升的汗

卻開啟了一段令人懷念的不歸路

接下來的20年，每年都帶著老婆小孩征戰發表

(好啦~~，有幾年因為央團任務衝突無法參加)

也因為要發表，強迫自己每年都一定要有產出

這個研討會重新觸動了我對物理的熱情(第一次是馬蓋先)

也讓我研究所決定念物理

2010年，學會頒發了教學獎給我

天啊~~這個獎我值得嗎？

我只能更努力在這個領域，希望能名符其實

後來因為賽E趴和玩具醫生陸續獲得團體獎

但，我真的最希望得到的是這個物理教育推廣獎

20年後，女兒成年了

20年後，我離開了輔導團

20年後，感謝學會給了我一個肯定

感恩一路上在我低潮時鼓勵過我的老師們

王昌仁老師、余進忠老師、洪偉清老師

洪連輝老師、賈志達老師、周建和老師

陳秋民老師、邱韻如老師、朱慶琪老師

更感謝引我進入這個華山論劍的林泰生老師

近30年的教學生涯，值了!!

這個獎，花了20年的時間