桌上型Kibble天平--普朗克常數和質量標準

Fang-Yuh Lo^1*, Chun-Ming Chen¹, Chien-Rong Lu¹, Yu Lim Chen¹

¹Department of Physics, National Taiwan Normal University, Taiwan

* Presenter:Fang-Yuh Lo, email:fangyuhlo@ntnu.edu.tw

因應著量子技術的興起所伴隨著微觀、準確檢測的需求，和使用比人造物標準品更基礎的校正基準，2019年起國際標準單位也改用基礎物理常數來定義和校準，其中量子現象的基本常數—普朗克常數成為質量單位的國際校正標準。因此，量子科技成為新興產業發展的基石，量子科學教育也成為國教和高教重要的主題。臺師大物理系團隊為了銜接高中物理課程的國際標準單位、電磁學課程內容，研發桌上型Kibble天平模組，作為學習量子科學應用於國際標準質量單位校正的探究實作模組。
Kibble天平以比較力學能功率和電磁能功率的方式連結普朗克常數和質量。其檢測採用靜態模式(電流天平)、動態模式(電磁感應)的兩階段測量方式，免除檢測線圈導線長度和磁場強度、電子儀器校正的繁瑣測量，在時間和長度已經精確校正的檢測條件下，精準測定質量。本論文所呈現的桌上型Kibble天平模組是結合2013年Terry Quinn團隊和2015年NIST團隊的設計，並考慮零組件的可供性，搭配3D印表機、開源微處理器Arduino開發板和偵測器等自造工具，LabPlot2等開源軟體，發展出具有可攜性、可即時顯示且等臂/非等臂可變的原型模組，利於推廣和教學。

Keywords: standard mass calibration, Planck constant, Kibble pendulum, quantum metrology