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波中「針」意-電阻測量法應用於水波傳遞的探討
傳統水波干涉現象一般使用光學方法進行觀測,本實驗透過自製研發水波的電阻測量儀進行水波波速測量、水波干涉的波群現象及水波峰值衰減模式探討。水波週期差約10ms以下時,水波干涉使水位電阻產生波群現象,波群週期約為3.5秒。GGB模擬結果,波長差會影響波群的形成。振幅變化不會直接影響波群出現,波長差越大或太小,波群越不明顯。糖水濃度低於28%,不同波長的糖水波群週期、峰值衰減不隨糖水濃度改變,推測液體衰減性質與液體本身(水)的性質有關。透過水道內2組水位電阻測量儀,追蹤水波波峰或波谷經過探針時間,能準確有效的測量水波波速,結果顯示水位越深波速越快,與理論公式趨勢吻合。
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瓶起瓶坐—探討瓶中內容物與翻轉角度的關係
本研究旨在探討瓶中內容物與翻轉角度關係,採用自製單擺裝置進行實驗,並使用了不同水量、不同角度以及不同內容物三種操作變因當作研究目觀察翻轉角度的變化。例如:變換不同初始翻轉角度、瓶中水量、變換不同內容物、改變瓶子重心……等。在內容物為水且單純變換翻轉角度及水量的實驗中,得到了初始翻轉角度愈大,翻轉角度愈大以及水瓶受到的慣性愈小,翻轉角度愈不規律的兩個結論;在變換不同內容物的實驗中,證明了非流體在水瓶中的重心變化較小,流體的重心變化則要依據流體的流動程度進行判斷;在改變瓶子重心的實驗中,證明了水瓶的重心變化愈小,翻轉角度愈大;水瓶的重心變化愈大,翻轉角度愈小。
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沃辛頓射流是指物體掉入液體中後,在液體下形成空腔,經由表面張力的作用,空腔收縮並向上噴射的水流。瞭解射流機制與抑制射流引發的噴濺,在機械潤滑與公衛領域是重要的課題。本研究透過空腔與容器的交互作用,影響射流的形成空腔形變會改變表面張力的合力方向,使得局部收縮速率不同,進而影響射流的高度與方向。透過改變空腔兩側形變的程度,我們可以有效控制射流偏移方向,本研究進一步透過自製頂針,讓空腔局部變形,藉此產生射流偏移,證實張力波並非射流偏移的主要因素。本研究的成果,為射流的 研究提供一個新的觀點:空腔弧度大小決定收縮速率與方向,未來可藉此影響空腔收縮,協助科學家降低空蝕現象對機械的破壞。
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本研究探討熱區與冷區在水中造成的對流與擴散現象,並以水蒸氣柱模擬氣旋中心熱氣流及颱風眼內部結構。結果顯示,熱區擴散速度隨溫差顯著上升,冷區則變化較小,呈現不同的對流型態。進一步量測蒸氣柱風速與垂直溫濕度分布,發現風速於一定高度出現「零風點」,其高度與蒸氣柱直徑呈比值約為7。此區為熱對流動能轉弱之處,對應氣旋眼牆的無風層。最後導入外圍切線風,成功建立具對稱性之旋轉風場,重現類似颱風眼牆的氣流結構,為理解熱帶氣旋的垂直環流提供可驗證的實驗依據。
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本研究旨在探討男性使用直立式或懸掛式小便斗時,尿流量、身高、和斗壁距離、入射角等因素,對於尿液噴濺面積和範圍之影響。研究方法包括:以頻閃燈和慢速攝影、tracker分析與雷諾數,辨識不同流量對層流和紊流之變化量;採用小便模擬器、Vernier氣壓計和力度計,測得水流和反彈流對斗壁作用力,終以蒙地卡羅法扇形區和Image J分析兩組小便斗噴濺面積和範圍。主要研究結果包括:1.以tracker 分析獲知流量和流速關係,從雷諾數變化量驗證流量小易受紊流噴濺、流量大則易受反彈流噴濺。2.尿緩=15mL/s,距斗壁30 cm 平射,反彈流噴濺最少;4.身高>=170 cm、25mL/s,平射兩種小便斗,噴濺面積與範圍皆最小;5.以600射角和對準排水孔,噴濺面積和範圍最大;6.本研究亦討論和改進尿液噴濺的研究方法。
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咖啡渣田拔蘿蔔-非牛頓顆粒流體的力學
在電影場景中的流沙是可以吞沒人體的自然現象,但實際上流沙能覆蓋人體的深度並不深。從文獻報告顯示,流沙是非牛頓流體的一種,但表現出來與太白粉所製的非牛頓流體不同。利用咖啡渣來建立流沙的受力模型,發現不論在阻力的表現、表面出水的現象與物體沉入的狀況與流沙都極其相似,以咖啡渣作為流沙的模型,可以減少使用玉米粉或麵粉所造成的浪費,同時可控制粒徑大小,測量受困者與流沙間的受力關係,立新的研究模型。在定力的實驗中,對物體施以垂直拉力,瞬間拉力約為物重的80%即可拉起;若沒有瞬間拉力,則需物重的120%以上。在動態的實驗中,物體所受的阻力會因著受力擠壓、含水量多寡、接觸面積、力量作用時間的不同而有差異。
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「精」天能不能在「E」起! 四苯基乙烯單分子受環糊精包覆型式及其錯合物之聚集誘導放光性質研究
本研究聚焦於α−,β−,γ−環糊精對原始四苯基乙烯分子進行主客體錯合之聚集誘導放光現象研究,探討不同環糊精在水溶液中對四苯基乙烯之包覆效果進而觀察水溶液及固體狀態下之螢光性質變化,結合螢光顯微鏡、紫外可見光、螢光及核磁共振光譜技術量測與分子模擬方式來深入探討環糊精與四苯基乙烯之間錯合與放光關係。實驗結果顯示γ−環糊精對四苯基乙烯分子具有最佳的錯合包覆效果,兩者間透過 1:2比例方式為最可能模式,同時錯合物具有雙重激發放光性質 (分別放射藍光與綠光,激發波長分別為 330-380與450-490nm)。
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複合槲皮素奈米顆粒提升難溶性化合物之抗氧化能力
槲皮素(Quercetin)為天然黃酮類(多酚類),具有抗氧化、抗發炎、增强免疫力等功效。但因其水溶性很低,不易讓人體有效吸收,常需吃過量試劑,有浪費情形。本研究利用聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、羥丙基-β-環糊精(HPBCD)與槲皮素進行複合,提供奈米製程化並增進其溶解度。在增加PVP K30比例下,複合試劑粒徑可從1200nm降至約30-40nm,形成奈米粒子。與原槲皮素抗氧力比較,複合試劑可提昇40-50倍以上。最後,複合試劑在發泡顆粒劑型可以在30秒內溶出90%以上的成份。以上實驗,說明本實驗能有效增加其溶解效能與奈米化,有效提升槲皮素從原先難溶、難吸收的情形,變為可讓人體快速吸收的粒形。
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人人可上手的Direct Air Capture
本研究尋找生活中捕捉CO2的方法,並以Direct Air Capture(DAC)方式探討影響CO2吸收效果的各項因素。在測量方式方面,利用導電度檢量線測量較穩定且轉換數值方便,優於空氣品質偵測器或pH檢量線;在影響CO2吸收效果的各項因素中,溶劑以氫氧化鈣效果優於單乙醇胺與醋酸鉀,且氫氧化鈣濃度越高、風速越大,吸收 CO2的效果越好,但周圍CO2的濃度大小則不影響吸收度;此外,為了探討生活中最佳的DAC捕捉方式,以使用清潔海綿 (或吸附體孔徑約250μm)浸泡高濃度氫氧化鈣溶液來製作DAC捕捉裝置,並放置於有風處,其效果最佳; 孔洞過大或過小,吸收效率都會下降;海綿的碳酸鈣回收率為73.27%。
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本研究以金屬「燒箔」技術為主軸,探討在不同硫化、加熱條件與時間下金屬表面產生的色彩變化。研究分為兩階段進行:第一階段以銅箔、鋁箔、銀箔為材料,調整硫磺皂濃度、加熱時間與溫度等變因,透過RGB數值與色階圖進行分析;第二階段則排除硫化變因,改以加厚銅幣並使用控溫加熱板,聚焦探討材料厚度與熱控精準度對色彩穩定性的影響。結果顯示,厚銅材具備更佳的熱傳導與結構穩定性,可呈現連續、可預測的漸層色階。研究建構「燒箔藝術色階設計參考表」,整理超過二十種代表性色彩及其對應條件,提升燒箔創作的可控性與應用價值。本研究不僅實現燒箔技術的科學化與系統化,也為藝術創作與教育應用建立實證基礎,展現藝術與科學整合的可能性。
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晶彩人生---探究市售葉黃素飲與自由基之抗氧化反應
市售葉黃素飲外觀呈現橘紅色黏稠狀,去離子水稀釋以光譜儀測量波長在447nm有吸收峰。另以丙酮與正己烷萃取得黃色液體,光譜儀測量最大吸收率於波長450nm。濾紙色層分析法得知含有兩種葉黃素,分為葉葉黃素與米黃黃素,同時也比較菠菜汁與與市售葉黃素膠囊,皆含有葉黃素與米黃黃素。利用芬頓試劑產生氫氧自由基·OH,模擬自由基攻擊視神經時,存在於眼球的葉黃素作為抗氧化劑,與自由基反應,長鏈共軛雙鍵分解成短鏈,黃色消失。並利用光譜儀測量市售葉黃素飲與芬頓試劑反應,為二級反應。最佳反應條件為市售葉黃素飲加水稀釋成原濃度25%,[Fe2+]=0.005M,[H2O2]=0.767M,pH=2.92,反應速率定律式:R=k[葉黃素]2,k=(3.58±1.5)×10-5 1/Ms。
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探討國中教材之酯化反應連結皂化反應的可行性與原理解析
本研究針對國中教材中酯化反應與皂化反應缺乏連結問題,設計並優化整合性實驗流程。在實驗中,發現皂化後鹽析存在「飽和點」,添加 100 mL 飽和食鹽水,十六酸鈉反應收率 193%,但增至 150 mL 時產量趨緩。為解析此現象,以 DLS 動態光散射技術,結果顯示十二酸鈉、十四酸鈉可形成微胞,十六酸鈉因溶解度低,微胞形成效果不佳。用 DLVO 理論分析粒子間作用力,補充教材的鹽析理論解釋。氫氧化鈉濃度影響方面,2 M 獲高反應收率(十二酸鈉 528%)但含水率較高,8 M 純度較佳但反應收率降低。以氯化鎂鹽析時生成脂肪酸鎂(反應收率 129%),顯示鹽類選擇亦影響最終產物。透過本研究建立了酯化、純化與皂化優化流程,期望為教材提供更具探究與應用性的參考。
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