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單位與定律：完整探討生活周遭的單位與定律！ 人人伽利略09

為了解決光強度單位換算的問題，作者日本Newton Press 這樣論述：

理解科學不可或缺的 宇宙、化學、生物的原理‧定律 全部解說！ 　　本書將日常生活中經常使用到的熟悉單位，像是時間一分一秒、溫度高低變化、電流安培…等，或是課堂中學過但不太了解的導出單位與特殊單位，作了系統化的全面解說，藉此釐清觀念、深入淺出的輔助您學習這些與我們息息相關的物理科學知識！ 　　「從這裡到便利商店約300公尺」、「電影再10分鐘就要開演了」、「最近胖了2公斤」……，單位不知不覺在我們生活中扮演了極為重要的角色，有了這些單位，我們才能明白這些數字代表的涵義，不過1公尺到底怎麼定義出來的呢？一秒又是怎麼計算的呢？ 　　單位的種類非常繁多，例如力的單位、壓力的單位、能量的單位等

等，但不管是表示哪種量的單位，都是由7個基本單位組合而成。2019年5月，國際度量衡大會針對基本單位之中的「公斤」、「安培」、「莫耳」、「克耳文」，運用亞佛加厥常數、普朗克常數、量子霍爾效應、約瑟夫森效應與水的三相點等，對其做了重新定義，讓我們的世界變得更加準確。 　　而國際度量衡大會在制訂單位的時候，必須運用一些定律，這是因為發生在我們周遭的一切現象，都隱含著定律。不論是投出去的球會飛往哪個方向也好，電線中流動的電量也好，父母的特徵遺傳給子女的比例等等，都各自依循著既定的定律，在宇宙、自然、化學、生物等領域也都有著各樣的定律，像是「相對性原理」、「光速不變原理」、「自由落體定律」、「佛萊明

左手定律」…等，本書由淺入深，提供廣泛年齡層閱讀，只要瞭解就能知道「原來如此」的奧祕！ 本書特色 　　1.本書系來自日本牛頓出版社的科普書系列，一貫以精美插圖、珍貴照片以及電腦模擬圖像，來解說科學知識，深入淺出、淺顯易懂。 　　2.以一書一主題的系統化，縱向深入閱讀，橫向觸類旁通，主題涵蓋天文地理、生物、數學、物理、化學、工學、歷史、醫學藥學九大類。 　　3.總以各方角度來闡明各類科學疑問，啟發讀者對科學的探究興趣。   序言 6  單位的新定義 一、基本單位 18  自然界的量以7個單位「記述」 24  長度（公尺：m） 26  質量（公斤：kg） 28  時間（

秒：s） 30  電流（安培：A） 32  溫度（克耳文：K） 34  物質量（莫耳：mol） 36  光度（燭光：cd） 37  制定單位的歷史與SI詞首 二、導出單位 40  頻率（赫茲：Hz） 42  能量（焦耳：J） 44  電壓（伏特：V） 46  功率（瓦特：W） 47  電荷・電量（庫侖：C）、靜電容量（法拉：F） 48  電阻（歐姆：Ω）、電導（西門子：S） 50  磁通量（韋伯：Wb）、磁通密度（特士拉：T） 51  電感（亨利：H） 52  力（牛頓：N）、壓力（帕斯卡：Pa） 53  平面角（弧度：rad）、立體角（球面度：sr） 54  光通量（流明：lm）、照度（勒

克司：lx） 55  酵素活性（開特：kat） 56  放射能（貝克：Bq）、吸收劑量（戈雷：Gy）、劑量當量（西弗：Sv） 三、特殊單位 60  震度、地震規模（M） 62  資訊量（位元：bit） 64  海里、節（kn）、重力加速度（Gal）、旋轉速度（rpm）、特克斯（mg/m）、噸（T）、兩 66  克拉（car、ct） 67  毫米水銀柱（mmHg）、埃（Å） 68  天文單位（au）、光年、秒差距（pc） 70  長度的單位 71  面積的單位 72  容積的單位 73  質量的單位 74  力的單位、壓力的單位、黏度的單位、磁場的單位 75  能量的單位、功率的單位、溫度的單

位、光的單位 四、力和波的原理、定律 78  原理與定律的定義 82  自由落體定律 84  平行四邊形定律 85  虎克定律 86  慣性定律 88  牛頓的運動方程式 90  作用與反作用定律 92  槓桿原理 94  功與能量 96  動量守恆定律 98  角動量守恆定律 100  阿基米德原理 102  帕斯卡原理 103  柏努利定律 104  反射、折射定律 106  惠更斯原理 五、電場與磁場的定律 110  庫侖定律 112  歐姆定律 113  電量(電荷)守恆定律、克希荷夫定律 114  焦耳定律 116  安培定律 118  佛萊明左手定律 120  電磁感應定律

六、與能量有關的定律 協助和田純夫/渡部潤一 124  能量守恆定律 126  力學能守恆定律 128  熵增定律 七、相對論與量子論的原理 132  相對性原理 134  光速不變原理 136  等效原理 138  測不準原理 八、宇宙的定律 142  克卜勒定律 144  萬有引力定律 146  E＝mc2 148  哈伯定律 150  維恩波長偏移定律 九、化學的定律 154  亞佛加厥定律 156  合併氣體定律 158  各種化學定律 十、生物的定律 162  孟德爾定律①～② 166  哈代-溫伯格定律 167  全有全無定律   推薦序 　　日常生活裡，我們會用到

公尺、公分、公斤、公噸、分、秒、公升、伏特、瓦等數不清的單位。倘若沒有這些公認的單位，就無法表達：一棵樹有多高、一包米有多重、上第一堂課要在什麼時候走出家門、一個杯子能裝多少飲料、為什麼各種電器需要的電池數目不一樣、一盞電燈每小時消耗多少能量。因此，認識各種單位的意義和由來，既有充實知識的趣味，也有助於了解和比較生活上各種物件的功能。 　　制定各種單位的過程中，人類觀察過許多自然現象和物體的行徑，發現一些規律性，而產生了粗略的單位，例如一天（兩次日出之間的時間）、一個月（兩次月圓之間）、一英尺（成人腳底板的長度）等。一方面由於有了這些單位，另一方面觀察的現象範圍也擴大，就發展出一些觀測工具，

提高觀測結果的精確度。細心地整理觀測結果，歸納出各種現象的規律性，和其中各因素演變的因果關係，也就發現了一連串的物理定律。 　　在這些定律的指引下，人類製作觀測儀器的材料和技術不斷進步，觀測範圍、精密程度跟著提升。於是，又發現更多定律，也需要修改或制定更多適用的單位。「單位」和「定律」互相激盪著，人類的智慧和努力寫出了許多動人的故事，因而日本牛頓雜誌社在2014年出版「單位與定律」一書。由於國際度量衡大會在2019年修訂部分單位的定義，「單位與定律」的修訂版問世，人人出版社將這本好書譯成中文。 　　本書包括兩部分：從序言到第3章陳述「單位」的發展史，以及各種單位的定義；第4章到第10章解說

和「單位」有密切關係的各種「定律」。因為「單位」是因量度的需要而制定，而量度時所觀測的大多屬於物理現象，觀測儀器和技術大多運用物理學原理而建立，所以本書主要介紹物理學定律，即使化學定律的基礎依然是物理學。最後一章的生物學定律，則屬於新的範疇。 　　第1章從長度、質量、時間這些最基本的物理量所用的單位說起，向讀者說明一系列「基本單位」的沿革。以生動的插圖，及精心製作的表格，呈現文章內容的重點。例如24、25兩頁的插圖顯示：「公尺」的定義從最早以地表兩定點間的距離為依據，到以「公尺原器」兩刻線間的距離為標準，再到現在藉助於光速恆定的特性而制定。圖裡附加適當篇幅的說明，讓讀者聯想到本文中較詳細的介

紹，而能體會修改定義的原因，和修改後提升觀測精確度的結果。 　　不論生活上或科技研發方面，長度、質量、時間不足以表達物件與現象的規模及演變。例如脈搏可能「用手指感測」（把脈）或是以「壓力感測器測量」或「經由心電圖等電子儀器觀測」，而測量內容包括「每秒幾次」、「每次搏動的強弱」等資訊，所以我們需要頻率、能量、電壓這些「導出單位」。 　　在第2章開頭，作者以聲波和電磁波的頻率為例，說明振幅、頻率、週期、波長的定義，以及頻率與波的效應（是否聽得見、醫療上的用處等）之間的關係。插圖及相關說明很鮮明易懂，可讓讀者留下深刻印象。作者在解說力、能量、功和功率、電磁場的主要物理量、壓力、光通量和照度、酵素

活性、放射活性及生物等效劑量這些觀念與單位時，也一樣用容易體會的方式編製插圖，使讀者容易接收陌生領域裡的資訊。 　　為了表示地震具有的威力來源，以及在各地造成的震動效果，地球科學界觀測並分析地震時震源地質結構的變化，並研究人體對於震動程度的感受和當地的加速度之間的關係，建立「地震規模」和「震度」的觀念。表達這兩個觀念的數值（例如規模6.3、震度4級），是經由精確規定的量度方法和計算產生的，但不能冠上前述的某種基本單位和導出單位。這兩個觀念的數值大小，具有明確的實用意義，它們各自構成一種「特殊單位」。第3章第1節的詳細解說（包括插圖和附表），可以讓讀者體會這種特殊單位的意義，也有助於理解氣象局

發布的地震消息內容。 　　類似地，位元（bit）和位元組（byte）是用來計量資訊量的觀念。因為它們的數值是依照精確定義產生的，也就形成另一種「特殊單位」。第3章的各節，詳細而清楚地解釋許多種特殊單位。例如斤、兩、磅是在日常生活中會用到的質量單位，經由規定舊有單位與國際單位的換算而定義的。又如光年與天文單位，是簡潔表達宇宙間的長距離所需而制定的。 　　值得提醒讀者注意的一個單位，是表示容積和體積的「毫升」（milliliter），它的縮寫是「ml」。但是很多人把ml讀作mol，變成物質量的單位「莫耳」。正確的做法是把它唸成milliliter，或依照從前表示相同意思的「立方公分」（cm3）

之縮寫「cc」。 　　第4章到第8章，實際上是一部插圖豐富精美的物理學科普教材，從經典物理的力學，談到近代物理的相對論、量子論和宇宙學。它選用的題材，一方面呼應前文的單位之定義及由來，使讀者領悟到制訂那些單位的必要性；另一方面，可以欣賞制定單位過程展現的人類智慧之美。 　　第9章列舉一些化學定律。本文及插圖讓讀者從分子、原子、電子等微粒的行徑（包括排列、運動、碰撞等），認識支配（造成）各種現象的機制，以詮釋各定律中的相關變因及呈現的結果。 　　第10章以遺傳學中的孟德爾定律及哈代-溫伯格定律，和神經傳導訊息的全有全無定律，作為生物學定律的範例。只用文字敘述，很難將這類題材傳達給讀者。本章

精心製作的示意圖，鮮明地呈現基因的可能組合方式，以及刺激強度與鈉離子流動與否的關係，因而幫助讀者了解造成種種遺傳效應的原因，和神經對刺激能否產生反應的條件。 　　本書的共同作者都是「單位與定律」相關領域的專家。他們有條理地將工作及研究的心得，融入本書的文字及插圖中。在本書各章，常會看到一個項目以不同的層次反覆呈現，因而能使讀者對書中題材感到興趣、細心閱讀，逐步增進了解程度，並啟發深入思考、謹慎推理的好習慣。這是一本圖文並茂、引人入勝的科普好書！ 曹培熙 老師 台大物理系暨醫學院光電生物醫學中心退休教授

磁性材料與磁測量

為了解決光強度單位換算的問題，作者彭曉領葛洪良王新慶 這樣論述：

《磁性材料與磁測量》主要包括磁性材料和磁測量兩部分內容。第一部分從磁場源出發介紹磁場的產生與遮罩，並根據物質對磁場的回應分析五種不同物質的磁性，重點探討軟磁材料和永磁材料兩類應用最為廣泛的磁性材料。第二部分從磁場及材料磁性測量的最基本的方法和原理出發，分別介紹了直流磁特性測量、交流磁特性測量與本征磁學量的測量。書中內容既包括應用廣泛的磁性材料，也包含科學研究和工業生產中非常重要的磁測量技術。 本書可作為高等院校材料、物理等相關專業本科生及研究生的教學用書，也可作為從事磁性材料研發、生產和測量的相關工程技術人員的參考書。 第1章 導論 1.1 基本磁學量 1 1.1.1 磁

矩和磁偶極矩 1 1.1.2 磁極化強度J 和磁化強度M 3 1.1.3 磁場強度H 和磁通密度B 3 1.1.4 磁化率和磁導率 4 1.1.5 磁能和退磁場能 6 1.2 基礎磁學理論 8 1.2.1 畢奧-薩伐爾定律 8 1.2.2 高斯定理 9 1.2.3 安培環路定理 10 1.2.4 法拉第電磁感應定律 11 1.2.5 磁路定理 12 1.3 磁性材料分類 14 1.3.1 物質的磁性分類 14 1.3.2 磁性材料分類 18 1.4 磁化曲線和磁滯回線 19 1.4.1 磁化曲線 19 1.4.2 磁滯回線 19 1.5 磁測量概述 21 1.5.1 磁測量歷史 21 1.5.

2 磁測量的物理基礎 22 1.5.3 磁測量的物件 22 1.5.4 磁測量的方法 23 1.5.5 測量誤差 23 1.6 單位制 24 1.6.1 CGS單位制 24 1.6.2 國際單位制 25 習題 27 第2章 磁場的產生與遮罩 2.1 永磁體 28 2.1.1 永磁體的工作點 28 2.1.2 永磁體的磁路設計 29 2.1.3 永磁體的充磁 31 2.2 磁場線圈 32 2.2.1 圓形線圈的磁場 32 2.2.2 組合線圈的磁場 35 2.2.3 水冷磁體 37 2.3 電磁鐵 38 2.3.1 電磁鐵類型 38 2.3.2 電磁鐵的磁路 40 2.4 超導磁體 41 2.

5 脈衝磁場 43 2.6 磁場遮罩 47 習題 49 第3章 物質的磁性 3.1 原子磁矩 50 3.1.1 電子軌道磁矩 50 3.1.2 電子自旋磁矩 52 3.1.3 原子磁矩 53 3.2 抗磁性 55 3.3 順磁性 57 3.4 鐵磁性 59 3.4.1 鐵磁性簡介 59 3.4.2 外斯分子場理論 60 3.4.3 海森堡交換相互作用模型 62 3.4.4 鐵磁性能帶理論 63 3.4.5 鐵磁性RKKY理論 64 3.5 反鐵磁性 64 3.5.1 反鐵磁性簡介 64 3.5.2 定域分子場理論 65 3.5.3 超交換作用模型 68 3.6 亞鐵磁性 69 3.6.1 亞

鐵磁性簡介 69 3.6.2 鐵氧體的晶體結構 70 3.6.3 亞鐵磁性的奈爾分子場理論 76 習題 80 第4章 軟磁材料 4.1 軟磁材料特性參數 81 4.1.1 起始磁導率 82 4.1.2 有效磁導率 82 4.1.3 矯頑力HC 83 4.1.4 飽和磁通密度BS 83 4.1.5 直流偏置特性 83 4.1.6 磁損耗 83 4.1.7 穩定性 86 4.2 金屬軟磁材料 86 4.2.1 電工純鐵 86 4.2.2 矽鋼 88 4.2.3 坡莫合金 89 4.2.4 其他傳統軟磁合金 92 4.2.5 非晶軟磁材料 94 4.2.6 納米晶軟磁材料 96 4.3 鐵氧體軟磁

材料 100 4.3.1 錳鋅鐵氧體 100 4.3.2 鎳鋅鐵氧體 102 4.3.3 平面六角晶系鐵氧體 104 4.3.4 鐵氧體軟磁材料的製備 106 4.4 軟磁複合材料 106 4.4.1 軟磁複合材料的分類 107 4.4.2 軟磁複合材料的製備 108 4.4.3 研究及應用現狀 111 習題 112 第5章 永磁材料 5.1 永磁材料特性參數 113 5.1.1 剩磁Br 113 5.1.2 矯頑力HC 114 5.1.3 最大磁能積(BH)max 116 5.1.4 穩定性 116 5.2 金屬永磁材料 117 5.2.1 金屬永磁材料分類 117 5.2.2 Al-Ni

-Co永磁合金 118 5.2.3 Fe-Cr-Co永磁合金 121 5.2.4 Fe-Pt永磁合金 122 5.2.5 Mn-Bi永磁合金 124 5.3 鐵氧體永磁材料 126 5.3.1 鐵氧體永磁材料的晶體結構 126 5.3.2 鐵氧體永磁材料的磁性能 127 5.3.3 鐵氧體永磁材料的製備 127 5.4 稀土永磁材料 128 5.4.1 稀土永磁材料概述 128 5.4.2 稀土鈷系永磁材料 130 5.4.3 Nd-Fe-B稀土永磁材料 135 5.4.4 雙相納米晶複合永磁材料 146 5.4.5 Sm-Fe-N系永磁材料 152 習題 154 第6章 磁測量方法及原理

6.1 磁力效應法 155 6.1.1 原理及分類 155 6.1.2 測量磁場 157 6.1.3 測量磁矩 157 6.2 電磁感應法 158 6.2.1 基本原理 158 6.2.2 衝擊檢流法 159 6.2.3 磁通計法 160 6.2.4 旋轉/振動線圈法 161 6.2.5 振動/提拉樣品法 162 6.2.6 梯度磁場感應線圈 164 6.3 霍爾效應法 165 6.4 磁電阻效應法 167 6.5 磁通門法 171 6.6 超導量子干涉儀(SQUID) 174 6.7 磁光效應法 177 6.8 磁共振法 179 6.8.1 磁共振原理 179 6.8.2 核磁共振法 180

6.8.3 順磁共振法 181 6.8.4 光泵磁共振法 182 習題 183 第7章 磁性材料直流磁特性的測量 7.1 磁疇結構 184 7.1.1 磁疇 184 7.1.2 疇壁 186 7.1.3 磁疇觀測 189 7.2 起始磁化曲線 193 7.3 直流磁化過程 195 7.3.1 疇壁位移磁化過程 195 7.3.2 磁疇轉動磁化過程 203 7.4 磁中性化 207 7.5 軟磁材料直流磁特性測量 208 7.5.1 H和B的測量 208 7.5.2 閉路樣品測量 209 7.5.3 開路樣品測量 210 7.5.4 軟磁直流測試實例 212 7.6 永磁材料直流磁特性測量

214 7.6.1 閉路測量 215 7.6.2 開路測量 217 7.6.3 工業快速測量 222 7.7 小尺寸磁體的磁性測量 222 習題 224 第8章 磁性材料交流磁特性的測量 8.1 交流磁化過程 226 8.2 交流磁參數 228 8.2.1 複數磁導率μ~ 228 8.2.2 磁譜和截止頻率 230 8.2.3 品質因數 231 8.2.4 損耗因數 232 8.2.5 μ'Q積 232 8.3 交流磁滯回線的測量 233 8.4 交流磁化曲線的測量 234 8.5 損耗測量 234 8.5.1 功率表法 234 8.5.2 有效值法 235 8.5.3 乘積法 236 8.

6 磁導率測量 237 8.6.1 起始磁導率 237 8.6.2 有效磁導率 238 8.6.3 複數磁導率 238 8.6.4 振幅磁導率 239 8.7 電工鋼的標準測量 239 8.7.1 愛潑斯坦方圈 239 8.7.2 單片測試儀 242 習題 243 第9章 磁性材料本征磁學量的測量 9.1 飽和磁化強度的測量 244 9.2 居裡溫度的測量 245 9.2.1 MS-T曲線法 245 9.2.2 感應法 246 9.2.3 μi-T曲線法 246 9.3 磁晶各向異性常數的測量 247 9.3.1 磁晶各向異性 247 9.3.2 磁晶各向異性的測量 251 9.4 磁致伸縮

係數的測量 254 9.4.1 磁致伸縮效應 254 9.4.2 磁致伸縮機理 256 9.4.3 磁彈性能 258 9.4.4 磁彈性耦合係數Kc和動態磁致伸縮係數d33 259 9.4.5 磁致伸縮係數的測量方法 259 習題 262 參考文獻 磁性材料是人類文明和國民經濟重要的基礎材料。我國磁性材料在很多領域的研究工作已處於國際先進水準，磁性材料產業也已發展為全球中心。磁性材料研發和生產過程都需要頻繁地對材料和產品進行磁性能測量。合適的磁測量方法與技術對測量結果的有效性和準確性尤為關鍵。 本書主要包括磁性材料和磁測量兩部分內容。第一部分從磁場源出發介紹磁場的產生與

遮罩，並根據物質對磁場的回應分析五種不同物質的磁性，重點探討軟磁材料和永磁材料兩類應用最為廣泛的磁性材料。第二部分從磁場及材料磁性測量的最基本的方法和原理出發，分別介紹了直流磁特性測量、交流磁特性測量與本征磁學量的測量。書中內容既包括應用廣泛的磁性材料，也包含科學研究和工業生產中非常重要的磁測量技術。全書著重於基本概念的描述，儘量避免複雜的數學推導和過深的理論闡述，希望相關領域的研究人員和工程技術人員都能夠比較容易地理解和接受。全書採用國際通用SI單位制，由於傳統的CGS電磁單位諸如高斯、奧斯特等至今仍有很多應用，本書提供了兩種單位制磁學量單位換算表和常用物理常數表，方便讀者查對。 在本書的

編著過程中，李靜博士、陶姍博士和楊豔婷博士參與了書稿編寫過程中的部分編輯和校訂工作，國家磁性材料及其製品品質監督檢驗中心(浙江)的吳瓊、王子生、徐靖才,泮敏翔、鄒傑和雷國莉老師提供了部分測試資料，在此對他們的付出表示衷心感謝。本書參考了大量教材、論文、標準等文獻，在此向這些資料的作者表示感謝。 由於作者水準有限，本書難免會有疏漏之處,敬請廣大讀者批評指正。 編著者 2019年2月於杭州