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改變世界的科學定律：與33位知名科學家一起玩實驗

為了解決led燈泡發光角度的問題，作者川村康文 這樣論述：

　　「人類歷史其實就是一部科技發明與發現史。」   　　重力、浮力、動力、引力、電力、磁力…… 　　看看科學家們是如何在各種實驗中發現足以改變世界的定律。   　　從歷史入手，讓大家更容易了解此原理的來龍去脈，之後再親手進行實驗，深刻體會原理在現實中的實際運用。 　　 　　阿基米德、伽利略、牛頓、伏打、安培、歐姆、焦耳、愛迪生、愛因斯坦……跟這33位科學家一起，探討理科實驗的魅力所在吧！   　　●阿基米德——「給我一個支點，我就可以舉起整個地球」在敘拉古戰爭中，利用製作的投石機擊退羅馬海軍，同時發明了阿基米德式螺旋抽水機。   　　●伽利略‧伽利萊——天文學之父、科學之父，科學實驗方法的

先驅者之一，發現了單擺的等時性、自由落體定律、加速度的概念、慣性定律。   　　●艾薩克・牛頓——自然哲學家、數學家、物理學家、天文學家、神學家。發現萬有引力、二項式定理，之後又發展出微分以及微積分學。完成了世界知名的「牛頓三大定律」。   　　●麥可・法拉第——成功使氯氣液化並發現了苯。提出法拉第電解定律。其所最早發現量子尺寸的觀察報告，亦被視為奈米科學的誕生。   　　望遠鏡原來是這樣發明的？ 　　只靠一根吸管就能輕鬆將人抬起？ 　　用鉛筆也能做電池？ 　　從歷史上科學家的故事中，找出的101個實驗方法，實際動手來進行吧！   　　◎ 阿基米德浮體原理 　　浸在流體中的物體，僅會減輕該物體

乘載於流體的重量部分。   　　◎ 自由落體定律 　　認為物體會都以相同速度落下，即使物體較重，也不會因為重力而加速落下。   　　◎ 慣性定律 　　一個靜止的物體，只要沒有外力作用於該物體上，該物體就會持續維持靜止。   　　◎ 萬有引力 　　牛頓發現「克卜勒三大定律」適用於說明繞著太陽公轉的地球運動與木星的衛星運動的方程式，因而發現了「萬有引力定律」。   　　◎ 伏打電池 　　伏打電池是一種電力為0.76 V的一次電池。正極使用銅板，負極使用鋅板，使用硫酸作為電解液。   　　◎ 安培定律 　　「安培定律」是一種用來表示電流及其周圍磁場關係的法則。磁場會沿著閉合迴路的路徑補足磁場的積分，

補足的積分結果會與貫穿閉合迴路的電流總和成正比。補足磁場則會以線積分的方式進行。   　　◎ 焦耳定律 　　由電流所產生的熱量Q會與通過電流I的平方以及導體的電阻R成正比（Q ＝ RI 2）   　　◎ 廷得耳效應 　　當光線通過膠體粒子時，光會出現散射現象，因此用肉眼就可以看到光的行走路徑。   　　◎ 光電效應 　　振動數為V的光固定擁有hv的能量，金屬内的電子會吸收該能量，因此電子所得到的能量為hv，當可以將電子從金屬内側搬運至外側的必要能量W（功函數）較大時，電子就會立刻被釋放出來。   　　◎ LED的原理 　　LED是將P型半導體與N型半導體接合而成的物體。稱作PN接面。P型半導體

是由電洞（正電）搬運電，N型半導體則是由電子（負電）搬運電。P型的電位比N型的電位來得高時，P型内部的電洞（正孔）會流向負極，N型内部的自由電子則會流向正極。   多位科普專業人士誠心推薦（依首字筆畫排序）   　　姚荏富（科普作家） 　　張東君（科普作家） 　　陳振威（新北市國小自然科學領域輔導團資深研究員） 　　鄭國威（泛科學知識長）

擁抱暗黑：光電學家教你健康好眠的實用手冊

為了解決led燈泡發光角度的問題，作者周卓煇 這樣論述：

你的夜晚夠「黑」嗎？ 睡前還在滑手機？ 追劇太精彩，捨不得去睡？ 怕黑，非得開小燈才能睡？ 這些都是導致你傷眼又傷身的原因！ 面對暗黑√找回睡眠√正確用光√ 本書用三大重點，搭配簡單測驗、健康祕訣、光電小知識，一步步帶你養成「暗黑」好習慣！ 我們都聽過要日作夜息、愛護眼睛，但是你知道嗎── ◎為什麼我們要擁抱暗黑？ 夜晚的人造光打破晝夜明暗的規律交替，影響人體自然節律，除了讓眼睛疲勞不適，更讓大腦不知休息，妨礙退黑激素分泌，導致免疫力下降、內分泌失調，容易引發癌症、快速老化、失智，給健康帶來風險，並影響自然生態。 ◎你真的睡得好嗎？ 失眠是21世紀的一種流行病，現代人普遍睡眠不足

，或是睡眠品質不佳。升學壓力、上網、滑手機、追劇、工作型態等，都可能造成失眠。如何確保自己睡在完全暗黑的環境中，適時調暗燈光，好讓退黑激素正常分泌？配合年齡掌握正確做法，就能睡得香甜、睡出健康與美麗。 ◎哪一種光才是好光？ 用光就要選「好光」。藍光、紫外光與紅外光對人體的傷害不容小覷，隨著科技發展，今天我們有更好的選擇。讀書、工作和入夜後開燈，選用好光，搭配正確亮度，提升環境照明舒適度，更能減少視覺疲勞，保護眼睛健康，晝夜節律不受干擾。 從現在開始，號召親朋好友一起遠離光害，勇敢向光汙染、藍害說「不」，選好光、用好光，夜夜擁抱暗黑，重拾一夜好眠，享受身體健康的幸福感！ 作者簡介周卓煇學歷

︰◆美國密西根大學高分子科學與工程碩士、博士◆國立清華大學工業化學系學士經歷︰◆美國IBM研究中心客座科學家◆國立清華大學畢業生聯絡暨就業輔導室主任◆國立清華大學材料科學與工程學系主任現任︰◆國立清華大學材料科學與工程學系教授◆中華民國電動車輛發展協會創會理事長◆財團法人厚德基金會董事長◆中國工程師協會工程師倫理委員會創會委員◆清大科學服務社、中山女中／師大附中校友會、國際經濟商管學生會清大分會指導老師其他經歷︰◆新竹市清華大學校友會總幹事◆海軍陸戰隊登陸戰車團少尉通訊官◆電動機車推動與電動機車國家政策催生◆創辦：新竹米粉節（世界最長米粉挑戰、米粉婚紗設計）、貢丸節（世界最大貢丸挑戰設計）、沙

雕節、風之節（萬人風之舞、風之攝影……）、路上行舟――直排輪接龍、千人千腳齊步走世界紀錄挑戰、新竹市眷村博物館推動、竹塹公主選拔、電動機車代言人選拔、丁字褲男選拔、清大企業徵才聯展研究領域︰◆OLED／高分子／薄膜應力／AI專家系統應用研究成就：◆發明人類史上第一個太陽光OLED◆發明改寫人類照明史的燭光OLED◆藍害量化技術榮譽獎項：◆50項次國內外榮譽獎項，包括：◆國科會（現科技部）傑出研究獎◆斐陶斐榮譽會員◆2016、2020清大傑出產學研究獎◆工研院桂冠講師◆國際暗空協會（IDA）照明設計獎◆2015 、2019台灣照明學會照明金質獎-特優獎◆光寶創新獎-技術創新組-金賞◆科技部未來科

技突破獎◆I-Zone 最佳創意獎專利著作：◆國內外專利100項◆國際期刊論文216篇，被引用5600次，H-index 40◆《光與健康》國內外受邀演講100餘場◆3本教科書――工程倫理、OLED導論、材料科學概論賜教信箱 / E-mail : [email protected] 〈專文推薦〉光有多種 害無兩般／林正修 〈專文推薦〉讓我們一起「擁抱暗黑」／葉伯廷 作者序 第一章  為什麼我們需要暗黑？ ★暗黑指數小測驗 1-1我們都知道要日作夜息，但是…… 1-2光的黑暗面：光害、光汙染、藍光、光毒 1-3電力照明引發乳癌、攝護腺癌攀升 1-4肥胖與睡覺時的光線有關 1-5夜光曝照

破壞晝夜節律 1-6抑制大腦分泌褪黑激素 1-7街燈與路燈闖進家中 1-8健康的夜晚世界應該是…… 1-9暗黑行動計畫 ◆光電小知識 第二章  擁抱暗黑，健康好眠 ★「您睡得好嗎？」健康小測驗 2-1我們都知道要早睡早起，但是…… 2-2睡眠大蕭條 2-3睡幾個小時才足夠？ 2-4體內的暗黑工程 2-5大腦等到半夜才施工 2-6褪黑激素是睡眠賀爾蒙：抗老、抗病、保有青春 2-7開燈睡覺會發生什麼事？ 2-8睡覺時才關燈？太晚了！ 2-9數位宵禁的必要性 2-10習慣有兩種：好習慣與壞習慣 2-11健康的睡眠應該是…… 2-12最強睡眠養成計畫 ◆光電小知識 第三章  用光有時，用好光 ★藍

光傷害小測驗 3-1我們都知道要愛護眼睛，但是…… 3-2從火、油燈、蠟燭、白熾燈、螢光燈到LED 3-3一種藍光兩種傷害：不分日夜傷眼，入夜傷身 3-4白天和入夜開燈，選哪一種光好？ 3-5OLED實驗室小故事 3-6為什麼燭光OLED是好光？ 3-7什麼是看書的最佳燈光？怎麼判斷？ 3-8照明變成公眾健康議題 3-9健康的用光應該是…… 3-10好光行動計畫 ◆光電小知識 第四章五個預防方法，三個簡單動作 4-1預防方法 4-2簡單動作 4-3我們還可以做什麼？ 〈專文推薦〉 光有多種 害無兩般 IDA全球委員會成員、台灣暗空協會理事長 林正修 過去三年間，因為合歡山暗空認證與推動

台灣的光害管制立法，我與國際暗空協會（IDA）時常密切交流，IDA美國總部的夥伴們提醒我，台灣有位周教授早在2015年，就以燭光OLED（有機發光二極體）路燈，獲得IDA當年度的照明設計獎。 這位得獎者正是清大材料系的周卓煇教授，多年來他呼籲各界重視室內照明中的藍光傷害，並以親歷者的角度，提出了專業解決方案，其中的甘苦與波折，證據與出路皆呈現在《擁抱暗黑》這本書中。 周教授在書中蒐羅全球最新資料，痛陳藍光對於眼睛與睡眠規律的傷害，在社會轉型過程中，我們仍然認為少眠是勤，多睡為惰，但大腦最新的研究發現，睡眠不是浪費時間，而是腦部深沉記憶的重組與排毒的必要機制，現代人睡眠最大的干擾，正是來自於

3C產品中的夜間藍光。 周教授在書中倡議家庭的「數位宵禁」（Digital curfew），「宵禁」一詞聽來肅殺，其實就是在家人之間能否形成共識，在入夜以後不再使用3C產品，提早降低照明強度，為舒眠預作準備。書中引用各類證據，說明現代人希望工作要有精神，希望代謝減肥有成，膚質視力完好，無一不與睡眠有關。 照明之用，在於豐富夜間生活，但一百多年來人類只見其利，未知其弊。 照明與電子產品之害，在於多以非必要的訊息透支了睡眠時間，雖勤實惰。 周教授在本書中走出工科人既有的框架，以罕見的知識跨距與探索精神，開展了反省照明的全新視野。書中提到OLED的產業願景，值得業內人士與政府高層深思，台灣幸有

周教授如此之先驅人物，但於此相比，台灣的光害立法與關於藍害的臨床研究卻遠遠落後，需要保護暗夜的暗空運動與關注室內的藍害覺醒分進合擊。 禪門名著《碧巖錄》中曾言：「一有多種，二無兩般」。可見光（400～700nm）有不同波段，可見光之外更還有不同波長的無線電波，可謂波有多種，但對人眼與睡眠傷害最深的，就是泛稱藍光的藍靛紫等短波長頻段，無論看起來是否近似白光，可說是害無兩般。禪唱中接著說道：「難，難，揀擇明白君自看」。 此書就是揀擇燈具與找回健康舒眠的法門，擁抱暗黑，叩問自己。 〈專文推薦〉 讓我們一起「擁抱暗黑」 台大醫院眼科部主治醫師 葉伯廷 目者心之使也，心者神之舍也。——《黃帝

內經》靈樞·大惑論 經由眼睛可以感受天地晝夜循環，季節更迭，大地循環，生生不息。億萬年來，地球的生物，包括萬物之靈的人類，經過不斷的演化，逐漸發展了一套適合地球節律的生理時鐘。在此系統下，眼睛就是光線的感受器，在規律的光與暗的交替節奏下，正確地調控我們的生理機能。 近一世紀來，隨著工業興起，人工照明設備逐漸普遍，人造燈光已經取代了月光與星光，我們漸漸地不知道「暗空」為何物，世界各角落都有「不夜城」，當我們正慶幸人類科技與經濟達到巔峰時，殊不知人類造成的光害已經悄悄地對自然界的生物造成不可彌補的傷害：趨光昆蟲被燈具吸引而滅絕，鳥類因為城市燈光而迷航，農作物也因夜間照明而使收成減少。而對人類而

言，人工燈具的演變，從過去燭光，煤氣燈，電燈泡，日光燈，白熾燈，一直到現今號稱又省電又明亮的LED燈。由於LED燈光譜中含有一支高峰的藍光光譜，這些LED燈若在夜間使用，將會造成失眠，賀爾蒙分泌失調，甚至造成相關的癌症發生。這些光害造成的影響，大多數人並不清楚，知道了也不是很在意；在辦公室，在教室，在家中的照明設備，一味地追求省電、明亮，殊不知這麼做，有可能對身體健康造成影響。 「友善光源」一直是本書作者清華大學周卓煇教授所追求的光，不會影響昆蟲的習性，不會造成夜行性動物的作息，也不會干擾植物的生長，更重要的是不會影響人類的生理時鐘。雖然身為一位醫師，本應為全民健康而努力，但是，我深深覺得周

教授比我還更具備醫者之心，考量大家的健康，發揮他在材料科學上的專長，而苦心研發有益身心的「友善光源」。 很多人並不了解「友善光源」的重要性，令人振奮的是周教授出版《擁抱暗黑》這本書，書中深入淺出介紹光的黑暗面，藍光與光害，光害汙染對人體生理的影響：失眠、生理時鐘的紊亂、肥胖、增加罹癌的機會；最後周教授介紹大家無藍害「友善光源」的重要以及目前的暗黑行動計畫，希望藉此能夠為我們的後代保護夜空，促進健康。不要遲疑，就從現在讓我們一起「擁抱暗黑」。 1-1我們都知道要日作夜息，但是⋯⋯ 照明，是光的重要功能之一。光為萬物帶來了光明，有光的照射，植物得以進行光合作用而生長，萬物才能生存。有光的照射，

萬物才得以看見，方便活動。地球上大部分生物的活動時間，都跟隨日光而運作，人也不例外。在沒有人造光之前，人類只能仰賴太陽，趁著白天努力工作，偶爾再憑藉月亮的微光，從事夜晚還必須處理的事情。 古人日作夜息，現代人日夜顛倒 在工業發達以前，人們利用精力與活動力最旺盛的白天，外出採集打獵，蒐集生活所需的物資；入夜之後，身體代謝降低，進入休眠狀態，儲備隔天活動所需的體力。因此，古人「日出而作，日落而息」，非常符合生理時鐘的運作。 然而，隨著文明的進展，電燈的發明打破了晝夜的規律交替，並影響人體的自然韻律，有時甚至因為加班工作、夜間娛樂而使生活作息大亂。結果，現代人熬夜晚睡、作息日夜顛倒，反而成為家常便飯

。 回想一下：當白日將盡，該做的事情還沒有做完，你是否常選擇先趕工作進度，犧牲睡眠，待週末時再一次睡到飽？累了一天，打算放鬆一下，於是開始滑手機傳訊息、看電視追劇，再吃些宵夜填飽肚子，一不小心就追到半夜一、兩點？最後，身體緊繃，精神還處於亢奮狀態，想睡而睡不著。 每次睡前，我若是處理公事，無論是回覆電郵、修改論文或撰寫計畫，今晚大概就無法一夜好眠。歷經多次失眠的教訓之後，我領悟到兩件事，一是重新解讀所謂的「今日事今日畢」。也就是說，今日白天可以做完的事，今日白天做完，如果做不完，留待明天再做。至於今夜呢？只要做好一件事，那就是「今夜要徹底休息」。 失眠教我的另一件事，則是「長期晚睡或應該睡而不

去睡，等於慢性自殺！」因為長期睡眠不足，易使人的思考和反應變得遲鈍，記憶力衰退、判斷力變差，還會對身體造成永久性的傷害，更是加速老化、推向死亡的禍首。在新聞報導中，不時可看到年輕人在網咖連玩數天後暴斃，或是上班族、大學教授罹患重感冒又熬夜而猝死。這些案例在在都說明了長期晚睡或熬夜，將帶來嚴重的危害。

RGB LED 圓柱型軌道燈製作與研究

為了解決led燈泡發光角度的問題，作者馬健誠 這樣論述：

近年來，在LED照明產品性價比提升以及全球節能照明帶動發展趨勢之下，全球LED照明市場持續提升。在室內照明燈具中，分為幾種不同的產品，如：傳統燈泡、崁燈、層板燈及軌道燈等，而軌道燈以往多用於商業空間，而受惠於室內設計工業風的流行，軌道燈慢慢的出現在住家內部進行裝飾，其中單色光源的空心圓柱型光導管以其吸引人的外型、機構設計簡單及在各方面具有更強大的調整靈活性等特性，成為目前市面上軌道燈具的主流主要產品。但為了打造下一世代智慧生活空間，RGB LED將會智能化軌道照明系統光源的首選。本研究是探討使用表面貼裝型(SMD) RGB LED做為光源來開發一小型軌道燈燈具，而在使用RGB LED的空心圓

柱型軌道燈燈具會在照射面呈現出強烈的邊緣色環，對於光學工程師而言，如何妥善處理混光問題仍是一個很大的挑戰。因此本論文將針對混光軌道燈進行研究。並藉由特殊設計的光學結構改善其燈具出光面顏色不均勻的現象，同時也希望能研究出一套簡單、可靠、製造成本低廉的設計方法，以提升其產品利用性。本研究中，我們是使用實驗與模擬驗證交互進行的開發流程來進行小尺寸之軌道燈燈具的開發與設計。所使用的軟體為ASAP光學模擬軟體與SolidWorks 3D CAD設計軟體。主要工作分為二個部分，分別是RGB LED 燈具光學分析的設計與製作與應用其光學分析之燈具機構的設計與製作。第一部分工作包括了根據市面上軌道燈架構制定其

產品規格，使用射線群法來針對產品架構之光源光線進行分組，並說明位於外環的R/G/B不均勻之混光色環。接下來建構其相符合的ASAP光學模擬結構模型，並顯示出這種不希望的環帶現象。第二部分主要依照使用方式不同(發散型、聚光型…等)來進行SolidWorks 3D 模型繪製、LED燈具製作委外、LED燈具光學場型量測等。而在使用高吸收型(黑色)空心圓柱光導管的燈具圓形表明RGB LED光源位於邊緣將會重疊在一起。因此需要一種替代設計來解決其交錯RGB色環的問題，而在使用具有擴散粒子之結構，即可解決其RGB所產生的色環問題，並完成其商業化的目的。本研究中，總共完成了兩組RGB LED空心圓柱型軌道燈燈

具，在過程中使用射線群角度分析法來進行分析，且預測到其光線路徑混光機制與模擬結果互相符合，並最終產出樣品燈具功率為5瓦，發光效率為36流明/瓦。在研究的過程中，使用具有擴散效果之光學元件後的燈具效率並不高，因此在未來將須找到更加適合的擴散光學元件來提高其出光效率。