利用热电致冷晶片改良宇宙线观测云雾室之冷却装置-及人中学.DOCVIP

95年度教育部中部辦公室推動高級中學研發人才補助計畫 報告計畫名稱 利用熱電致冷晶片改良宇宙線觀測雲霧室之冷卻裝置 類 別 物理 學生年級 學生姓名 學生年級 學生姓名 三年級 莊國良 三年級 彭禹庭 三年級 許績亨 三年級 薛昌易 指導教師 羅克義 電 話 (02)2211-2581 0921-017602 指導教授 東吳大學物理系 蕭先雄 教授兼任系主任 Using the Thermoelectric Cooling Module as the cooling system in the Cloud Chamber to observe the Cosmic Ray Abstract This experiment plans to use the Thermoelectric Cooling Module manufacturing low temperature environment. Causing the ethyl alcohol vapor been proliferated as fog under the low temperature environment. Using this fog, we called the Cloud Chamber, may observe the existence and the movement of Cosmic Ray. In the process of making the Cloud Chamber, we understood the application method of the Thermoelectric Cooling Module. We enhanced the efficiency of the Thermoelectric Cooling Module and understood that the volume of the vessel will change the pressure gradient. The pressure gradient will regard the proliferation of the ethyl alcohol vapor and will be the important key for the Cloud Chamber. Finally, we used the self-made Cloud Chamber to observe the Cosmic Ray successfully. 利用熱電致冷晶片改良宇宙線觀測雲霧室之冷卻裝置 摘 要 本實驗計畫利用致冷晶片製造低溫環境，使得酒精蒸氣可以在低溫環境下迅速擴散，產生一雲霧層。利用這層雲霧，我們稱之為雲霧室，可以用來觀察宇宙線的存在與運動情形。在成功製造出雲霧室的過程中，我們了解致冷晶片的使用方法，在提供足夠的散熱條件下，我們提高了致冷晶片的冷卻效率，創造了我們預期希望得到的低溫環境。另外，我們也了解到容器的高度會改變容器內部氣壓的壓力梯度，而容器內部氣壓的壓力梯度對於酒精蒸氣擴散的影響，將是成功形成雲霧的重要關鍵。最後，我們利用自製的雲霧室裝置，觀察到我們一直相當期待觀察之宇宙線的存在證據。 壹、前言 ㄧ、研究動機 。 二、研究目的本實驗的主要目的如下利用適當的致冷晶片，製作一組冷卻裝置控制致冷晶片，使雲霧室下方的溫度達到零下30°至零下50°藉由雲霧室，觀察宇宙線的出現軌跡、研究問題 本研究計劃探討的主要問題如下： 觀察。 67℃。 觀察。 觀察。 貳、研究方法及步驟 一、雲霧室裝置： 我們根據「霍金宇宙世界」DVD影片中的介紹：影片中的雲霧室是以一個玻璃容器，噴上一些酒精後，蓋在乾冰之上。不久之後，我們可以再容器中觀察到酒精雲霧的形成。藉由雲霧室，我們可以簡易地觀察高能粒子的存在與運動情形。，物理老師也至東吳大學物理系借了一套以為冷卻劑的雲霧室，讓我們親身感受到高能粒子在雲霧中現跡的震撼。所以，我們的構想是如何自製ㄧ套雲霧室裝置，但是卻又不必擔心受到液態氮凍傷的危險。「熱電致冷晶片」－半導體的產物，似乎有能力讓我們建構我們所需要的觀察設備。二、熱電致冷晶片： 熱電致冷晶片（Thermoelectric Cooling Module）及溫差發電晶片（Thermoelectric Power generating Module）的理論基礎早在19世紀初即被科學家發現。西元1821年德國科學家Thomas Johann Seebeck (1770-1831)發佈塞貝克效應（Seeback Effect）此效應為日後研發溫差發電晶片的基礎。隨後不久（1834），法國錶匠Jean Charles