假設

水中加入有色液體的量與白光穿透顏色呈比例關係。

變因

  • 操作變因：加入液體的量
  • 應變變因：白光穿透厚的顏色

實驗器具、材料

  • 透明水箱
  • 50ml 燒杯
  • 10ml 量筒
  • 攪拌棒
  • 鋁罐裝黑麥汁
  • LED 白光手電筒
  • 手機(相機)

實驗步驟

  1. 量取水 100 毫升，並倒入透明水箱。
  2. 以量筒取 10 毫升黑麥汁兩次，並倒入透明水箱且攪拌均勻。
    10ml 黑麥汁
  3. 調整相機參數
    ISO S f/ 焦距 EV WB
    640 1/5000 1.78 4.05mm +0.0 5000K
  4. 以手電筒白光照射於水箱一側，手機鏡頭至於另一側。
    設備擺設
  5. 拍照紀錄
  6. 重複步驟 2 至 5 兩次
  7. 清理水箱
  8. 重複步驟 1 至 7 兩次

實驗結果

純水：

R：193
G：228
B：251

變化折線圖

第一次加入黑麥汁後水顏色變化折線圖
第二次加入黑麥汁後水顏色變化折線圖
第三次加入黑麥汁後水顏色變化折線圖
加入黑麥汁後水顏色平均變化折線圖

原始圖檔

[{"url":"/img/rye_juice_rgb/images/water_only.jpg","alt":"純水原始照片"},{"url":"/img/rye_juice_rgb/images/1st_20ml.jpg","alt":"第一次實驗加入 20 毫升黑麥汁原始照片"},{"url":"/img/rye_juice_rgb/images/1st_40ml.jpg","alt":"第一次實驗加入 40 毫升黑麥汁原始照片"},{"url":"/img/rye_juice_rgb/images/1st_60ml.jpg","alt":"第一次實驗加入 60 毫升黑麥汁原始照片"},{"url":"/img/rye_juice_rgb/images/2nd_20ml.jpg","alt":"第二次實驗加入 20 毫升黑麥汁原始照片"},{"url":"/img/rye_juice_rgb/images/2nd_40ml.jpg","alt":"第二次實驗加入 40 毫升黑麥汁原始照片"},{"url":"/img/rye_juice_rgb/images/2nd_60ml.jpg","alt":"第二次實驗加入 60 毫升黑麥汁原始照片"},{"url":"/img/rye_juice_rgb/images/3rd_20ml.jpg","alt":"第三次實驗加入 20 毫升黑麥汁原始照片"},{"url":"/img/rye_juice_rgb/images/3rd_40ml.jpg","alt":"第三次實驗加入 40 毫升黑麥汁原始照片"},{"url":"/img/rye_juice_rgb/images/3rd_60ml.jpg","alt":"第三次實驗加入 60 毫升黑麥汁原始照片"}]

色階圖

純水色階圖

[{"url":"/img/rye_juice_rgb/figures/1st_20ml.png","alt":"第一次實驗加入 20 毫升黑麥汁色階圖"},{"url":"/img/rye_juice_rgb/figures/1st_40ml.png","alt":"第一次實驗加入 40 毫升黑麥汁色階圖"},{"url":"/img/rye_juice_rgb/figures/1st_60ml.png","alt":"第一次實驗加入 60 毫升黑麥汁色階圖"},{"url":"/img/rye_juice_rgb/figures/2nd_20ml.png","alt":"第二次實驗加入 20 毫升黑麥汁色階圖"},{"url":"/img/rye_juice_rgb/figures/2nd_40ml.png","alt":"第二次實驗加入 40 毫升黑麥汁色階圖"},{"url":"/img/rye_juice_rgb/figures/2nd_60ml.png","alt":"第二次實驗加入 60 毫升黑麥汁色階圖"},{"url":"/img/rye_juice_rgb/figures/3rd_20ml.png","alt":"第三次實驗加入 20 毫升黑麥汁色階圖"},{"url":"/img/rye_juice_rgb/figures/3rd_40ml.png","alt":"第三次實驗加入 40 毫升黑麥汁色階圖"},{"url":"/img/rye_juice_rgb/figures/3rd_60ml.png","alt":"第三次實驗加入 60 毫升黑麥汁色階圖"}]

結果討論

  1. 純水的 RGB 數值落差大

    目前認為的主要原因有兩個：

    1. LED 光譜
      上網查詢發現 LED 白光光譜不是均勻的，其中藍色特別強。推測實驗使用之手電筒也是如此。[1]
      LED 光譜
    2. 瑞利散射
      當入射光的波長比碰到的微粒還要大很多時，就會產生瑞利散射。散射強度與波長的四次方成反比，也就是說波長越短，越容易散射[2]。推測白光通過透明水箱時，波長較短的藍光因水箱壁中的微小雜質而產生散射，導致水箱整體看起來偏藍。

  2. 加入黑麥汁後 R 數值上升
    推測是水中多了雜質後，影響了散射而產生的結果。

  3. 黑麥汁的量與 RGB 數值的關係
    從實驗結果來看無法看出其中具有明顯的比例關係，可能的原因有以下幾點：

    1. 水箱的散射干擾
      需更換為更透明乾淨的水箱進行實驗。
    2. LED 白光光譜不均勻
      須改用光譜較平均的光源進行實驗。
    3. 實驗數據較少
      需重複實驗更多次以了解整體走向。
    4. 假設錯誤

結論

本次實驗的數據不足以驗證假設，須重新設計實驗或更改假設。

參考資料

[1]台表检测。（2018）。常见白色led灯光谱范围介绍。取自 http://www.tsmtlab.com/news.detail.php?id=112
[2]張瑞棋。（2015）。天空為什麼是藍色的？瑞利誕辰｜科學史上的今天：11/12。取自 https://pansci.asia/archives/129071