全國中小學科展

高級中等學校組

具有區塊鏈之IOT用電系統

現代生活中電能扮演非常重要角色,由於使用者型態多而複雜,甚至因電能過度開發造成能源與環保問題,於是電能品質與資訊至為重要,結合新穎的科技技術改善目前電能管理,達成智慧化用電能系統成為現代電能管理顯學。 本研究概念來自物聯網(IoT)與區塊鏈技術,將二者結合並應用於電能管理系統上,使用戶端使用者與供電管理者皆有用電資訊平等權,進而達到更佳的用電資訊安全與節能效果。研究內容除了製作電力模組為物聯網電能系統之感知層,與無線傳輸模組及嵌入式樹莓派處理器前端伺服器組合而成網路層之外,更著重於應用層之後端區塊鏈伺服模組。目前研究已有電能資料、帳單與交易之工作量證明成果,所以具有公開不易篡改與交易節能功能。

冰花菜一斤兩仟怎麼降 植物工廠再進化

冰花菜最近常出現在新聞媒體中,報導指出其高營養又高價,美味且適合生吃。冰花菜其實不難栽種,但需要長時間日照,有好的環境才會長得好,所以室內栽種是常見的方式。但室內栽種成本高,這也是其高價的原因。

『銅』心協『鋁』­—利用氧化還原回收銅離子之研究

利用氧化還原反應,鋁的活性較銅大,因此鋁扮演失去電子的角色,將鋁片放入2 M KOH,銅片放入模擬含銅高濃度之廢液1 M CuSO4,銅廢液之Cu2+ 離子得電子析出於銅片,原本濃度高達 6.35×105 ppm之廢液,經回收後Cu2+ 離子濃度下降至1.999 ppm,符合行政院環境保護署規定之放流水標準3.000 ppm,Cu2+ 離子回收率達99.99 %。達到淨化銅廢液的效果,同時氧化還原過程中可產生電能,接上蓄電池,儲存產生之電力,其電壓1.575 V及電流3.05 mA。 利用上述的條件,製造出裝置模型,我們並利用塑膠桶及藥品瓶、橡皮塞、珍珠板、5組球閥、透明塑膠管、塑膠接管,製造本研究裝置模型。 裝置優點:半連續式多級操作、回收銅金屬、產生電力、淨化水質達法規之標準、製作成本低。

芬達棒棒棒-童玩中有趣現象之物理變因探討

芬達棒是一款旋轉時能產生像泡泡一般視覺效果的玩具,並且在來回轉動時會出現結點。我們利用步進馬達連接芬達棒,運用MEXE 02程式設定參數來探討結點位置與不同轉動狀態的關係。最後針對結點位置結果來分析推論造成其可能發生原因。

霍夫曼的綠色奇航-電解探究與環境上的應用

「減量是王道」─利用雷射切割機、壓克力板、螺絲、針筒等器材,設計並製作微型電解水器,除完成各種電解質測試外,並探究電解變因,精確量測法拉第常數。「回收是責任」─善用電解原理,探究銅離子的回收率成因;最後回收科展實驗的所有廢液,減低科展實驗對環境的衝擊。 最耐腐蝕的電極實驗發現,黑化處理的鎳鈦合金電極電解NaOH溶液時,其氫氧體積比最接近理論值2.02,SEM圖亦顯示其材質抗腐蝕能力強。回收率的探究發現通入的電流強度越高、越酸或添加螯合劑,會造成回收率下滑。 利用電解法可完全清除實驗廢液中的銅離子,免去強鹼的使用;整個回收過程約損耗216瓦‧小時,折合0.216度電。

高效能自動換水水族缸

應用抽水馬桶的原理,設計製造新式水族缸,能達到省時、省力、不會驚嚇到水族缸內的魚等功能,經由實測證實其功能,並經由問卷確定有量產的可行性;本水族缸對於規模越大的單位,效能越高。如果量產,水族館、學術單位水族實驗室、研究機構、大展場或大型水族館將是最有利的市場。

「油」沒「油」問題-檢測油煙中懸浮微粒之濃度

油煙中的懸浮微粒小到我們看不見,且對人體危害極大,因此我們應該檢測它且避免它。現在檢測懸浮微粒的方式太過複雜且費時,有質量慣性法,利用重量的改變來檢測,檢測完後還要稱重,需要花上好幾天的時間,因此本研究利用光散射的基礎,結合麥克森干涉的方法來簡易、便宜且高精準的測量油煙中懸浮微粒的濃度。本實驗排除環境所造成的影響,且確定散射結合光干涉的方法可以量測的到懸浮微粒,利用自製紙顯微鏡觀察,確定油煙中的懸浮微粒粒徑大小。研究結果顯示,烤肉及炒菜時至少要距離60cm才能有效避免懸浮微粒;烹煮時使用的油量愈多,所產生的懸浮微粒也愈多;另外還發現一般市面上的口罩對懸浮微粒不具阻擋效率,需穿戴N95口罩才能有效避免。

微生物源尿酸氧化酶催化尿酸降解與高尿酸檢測

尿酸氧化酶參與嘌呤代謝機制,然人類尿酸氧化酶基因已退化,易使過量尿酸沉積於關節造成痛風,因此微生物源尿酸氧化酶具極高研發價值。 本研究針對微生物源酵素進行基因體探勘,篩選出抗輻射奇異球菌(Deinococcus radiodurans)及耐熱雙球桿菌(Thermobispora bispora)源尿酸氧化酶基因,取得尿酸氧化酶重組蛋白質進行酵素活性測定、熱穩定分析、蛋白質結構解析、酵素對金屬離子耐受性分析與尿酸檢測應用。抗輻射奇異球菌源酵素於30℃催化速率較過去報導之酵素佳,而耐熱雙球桿菌源酵素於70℃催化效率與熱穩定性仍佳。解析耐熱雙球桿菌源酵素結構發現羧基端具特異性構型,推測與熱穩定性有關。本研究的兩種尿酸氧化酶,可分別作為降解尿酸的速效及緩解型藥物,並開發成快速檢測尿酸的簡易方法。

重整勾股—迭代互質畢氏數

研究目的是證明貝格倫、普萊斯與菲爾斯托夫三元樹中所有互質畢氏數相等。研究動機是在這三種三元樹中存在著某些相同的互質畢氏數,如費馬三元數等,我因此猜想這三種三元樹中所有互質畢氏數相等。研究方法是由歐幾里得家族的生成公式與這三種三元樹中的3階方陣迭代公式建立2階方陣迭代公式,然後由2階方陣迭代公式與歐幾里得家族的生成公式探討歐幾里得家族中任一互質畢氏數在這三種三元樹中的迭代路徑。研究結果是由2階方陣迭代公式與歐幾里得家族的生成公式證明了這三種三元樹中所有互質畢氏數相等,建立歐幾里得家族中任一互質畢氏數在這三種三元樹中的迭代路徑碼,改良了普萊斯的建立方法,我未來展望是想將迭代路徑碼運用於密碼學。

斜面二維運動與摩擦力的探討

本研究探討動摩擦力對物體在二維平面運動的影響,透過實驗設計,可以精確觀測紀錄物體在斜面上二維運動之位置、速度與加速度,推算出二維平面運動摩擦力的方向,並解出物體在粗造斜面的二維運動的微分方程式,得到六個函數關係式,透過這些函數關係式的轉換,可以模擬出物體的運動的軌跡以及其位置、速度、加速度隨時間變化的情形,與實驗量測的結果相當符合。本研究也探討初速度、斜面傾角、摩擦係數等變因,對斜面二維運動的影響,推導出運動歷時、停止位置與其初速度的關係式,並由實驗量測結果得到印證,進一步發現測量動摩擦係數的新方法,此方法只需測量物體在斜面上運動停止位置與傾角,就可推算出動摩擦係數。