電荷

【物理世界】量子霍爾效應(一):塵埃中洗滌出的整數

【物理世界】量子霍爾效應(一):塵埃中洗滌出的整數
蕭維翰

真的要寫量子霍爾效應,可以寫好幾本書,要從最尖端的進展切入,也會讓讀者摸不著頭緒,這邊我分稿從歷史的起源開始,並只挑一些聽起來真的可以令所有人驚訝的面向。

圖一:霍爾效應的實驗圖示,原本往 x 方向流的電賀受到磁場的影響在 y 方向也形成電壓,變成實驗上可以測量的霍爾電壓, credit: wikipedia

筆者儘管基於工作很常算數學,但上大學後幾乎不常親自動手做數字計算了。前幾個月我在電腦上送出一個滿複雜的積分,幾秒後我得到

\(\displaystyle\frac{-12.56637062125499}{4\pi}\)

不知道讀者們平常做算術的頻率如何,在作業中遇到這種數字會不會覺得很沮喪?分子那一串數字已經無跡可尋,何況底下還除一個 \(4\pi\)?然而有趣是,在電腦有效的位數下,這個組合其實跑出了── \(-1.00000000000000\)

電磁對偶(S-Duality)與歐姆定律(下)

電磁對偶(S-Duality)與歐姆定律(下)
蕭維翰

連結:電磁對偶(S-Duality)與歐姆定律(上)

本文中我們以一個幼稚園版本的例子說明電磁對偶性如何幫助我們計算材料的電導率。

本圖為作者提供

在上文中筆者闡述了想解決的問題,也就是電阻 / 電導的計算,並透過費曼圖的角度嘗試去說服讀者這是個困難的問題,接著也複習了電磁對偶性,並深入一點點,探討在什麼情況下它才是個不無聊的性質。

長話短說,我們需要一個沒有電荷、電流的空間,在邊界上有一個允許有電荷、電流的薄膜。

化學傳記:法拉第不為人知的一面(十):法拉第效應與反磁性

化學傳記:法拉第不為人知的一面(十):法拉第效應與反磁性

化學傳記:法拉第不為人知的一面(十):法拉第效應與反磁性
東京大學名譽教授、神奈川大學名譽教授 竹内敬人 撰文/
東京大學理學博士 黃郁珊 編譯/臺灣大學化學系教授 陳竹亭 責任編輯

連結:化學傳記:法拉第不為人知的一面(九)

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法拉第的至交謝恩賓(1799-1868) 他不僅發明了棉火藥(譯註:硝化纖維) ,對化學發展的貢獻還包括發現臭氧與其檢驗法。

法拉第籠

要理解法拉第有一件需要先知道的事,就是他對「超距作用」始終心存懷疑。萬有引力的確是超距作用。而且在電的世界裡,庫倫定律需要知道的只有兩個物體所帶的電荷大小以及它們的距離而已。超距作用與存在與兩物體間,以當時的知識來說是介質(media)的東西無關。但是法拉第認為電力應該是透過介質而被傳遞的。

靜電勢圖

靜電勢圖 (electrostatic potential maps)
國立臺灣師範大學化學系三年級黃仲楷

一、簡介:

靜電勢圖是非常有用的三維分子圖。使我們能夠想像分子的電荷分佈和分子電荷的相關性以及分子的大小和形狀。在有機化學預測複雜分子的時候,其所發揮的功用更可稱為無可取代的無價之寶。雖然有機化學家們很少使用此圖來互相溝通,但是對於正在學習有機化學的學生們而言,這可是常能提供相當大幫助的利器呢。因為要準確地表達分析分子的電子分布,是需要非常龐大的數據量才能達成的,因此靜電勢圖就成為了表達的最佳方式了。

二、定義:

簡單來說,靜電勢圖(electrostatic potential maps)就是將部分電荷(partial charges)的表示式轉化成3維空間、彩虹樣式的圖像。在這圖像中,利用色階以表達部分電荷-、+的面積,一般來說紅色代表的就是δ-,藍色則是代表δ+。如圖1:

fig1

圖1:水分子的靜電勢圖。由圖可知愈紅即代表電荷愈負;愈藍則是愈正。

有效核電荷

有效核電荷 (Effective Nuclear Charge)
國立臺灣大學化學系學士生張育唐/國立臺灣大學化學系陳藹然博士責任編輯

有效核電荷 (Effective Nuclear Charge or Apparent nuclear charge):在一個原子中的任一顆電子(經常是指最外層的價電子),其所實際受到原子核所帶有的正電荷的作用力的大小。

根據原子理論,原子核所帶有的正電荷等於原子核內質子數總和,原子內電子的數目等於質子的數目。當原子序增加,質子數增加,電子受到的原子核內的正電荷吸引力應該同步增加,但是實驗發現,外層電子受到的原子核吸引力並沒有隨質子數的增加變大,這是因為外層電子與原子核之間還經常會有內層電子,內層電子與外層電子會有同帶負電而產生的排斥力,這個斥力與原子核給予的引力抵銷,降低了原子核的正電荷對外層電子的影響力。

電荷

電荷(Electric Charge)
國立臺中第一高級中學物理科張宇靖老師、康宇玹老師/國立彰化師範大學物理系洪連輝教授責任編輯

電荷是物質的基本性質,分為正、負電荷。具多餘同性電荷的兩個物體靠近時互相排斥;具多餘異性電荷的兩個物體靠近時則互相吸引。許多原子粒子中帶有電荷,例如電子帶負電荷,質子帶正電荷,而中子的電荷則為零。經實驗可發現各個電子的負電荷大小都相等,也與每個質子的正電荷相等。