全國中小學科展

高級中等學校組

二氧化碳氣體分子穿透速率變化之研究

閱讀文獻後發現,二氧化碳因其直線型分子的物理性質,可以穿透大部分的有機物質。因此我們設計裝置進行長時間的濃度變化檢測,數百次的實驗後發現除了PVDC保鮮膜與鋁箔亮面外,其他七種隔離物質均能讓二氧化碳穿透,所有的濃度變化速率都有先上升後下降的現象,達到最大值之前的速率變化可以由二次函數來描述(r=at2+bt+c),且每種隔離物質均有不同的起始速率、最大速率。我們發現每種隔離物質的起始穿透速率越大,則最大速率越大,速率變化量也越大,且達到最大速率的時間越短。而隔離物質厚度越厚,或是表面積越小,則最大速率越小;裝置倒置、保鮮膜上加水或加二氧化碳水溶液也都能影響穿透速率以及達到最大速率的時間。

強迫症患者輔助裝置

本創作係在減少強迫症或視障患者在生活上之困擾,輔助其正確關水及關門動作,研究內容包括關門、關水龍頭輔助裝置以及居家保全裝置等,使屋主擁有正常之生活,照顧社會弱勢,依據醫學上的研究,他們會感到需要不斷反覆地檢查某些事,並且在患者的思緒中,會持續地重複浮現某種想法,或是感到需要一再地執行某些日常行為。常見的重複行為包含洗手、計算東西、檢查門是否上鎖,希望這個作品能夠改善他們的困擾。研發「關門輔助裝置」能自動判斷廣播內容,輔助患者對關門、關水之操作,設計「房屋保全裝置」之防盜功能,可提供屋主簡易操作以達到居家保全,增進其安全感,使其放心、安心,加強強迫症患者居家之安全設備。

臨時停靠莫擔憂,車載防盜之物聯

近來政府推動汽車舊換新補助,車商增加配備強化娛樂功能招攬消費者購買意願,使得車價值性水漲船高使得遭竊傳言不斷,市面許多補強原廠防盜產品,透過電子柵欄當車跨出設定範圍察覺異樣,但通報大都為時已晚被竊取駛離,若破窗闖入偷取車內物品,也不見得觸動警報器嚇阻。本研究解決上述缺點,利用微波感測偵測車內異狀,解決駛離才得知挽回被竊取機率,並結合物聯網概念從遠端得知車相關訊息,包括(1)臨停呼叫取代以往號碼留言方式,減少詐騙集團用於不當之處 (2)得知電瓶狀態避免電力不足無法發動引擎窘境 (3)GPS了解車位置並具尋車功能 (4)大燈未關提醒避免耗掉電力,做為深入研究探討方向。

清水溼地水質復原

我們希望藉由設計一道閘門於清水溼地與大海的交接口處以控制海水的進出,一方面可達到原本設計橋梁,以防止海浪大量沖刷溼地,以至於部分生態破壞,另一方面也可改善溼地目前因沉積物過量而導致溼地發臭的原因。

Fano型多管陣列裝置對吸音透氣研究及應用

本研究以吸管製作Fano型多管陣列結構裝置並放置於壓克力管中進行研究,利用藍芽喇叭連接手機播放聲頻穿透設計之fano吸管陣列結構,其結構分為幾種,其一為多管陣列平行壓克力管(空氣流道結構),其二為交錯排列陣列之共振結構,量測兩結構間所造成聲波的干涉造成之吸音特性,設計Fano型之多管陣列結構,實驗以收音麥克風連接手機軟體進行聲頻量測,再將實驗數據匯出進行圖表製作與計算分析,實驗結果得出組合式最佳fano聲頻結構可使700Hz~1800Hz之聲頻穿透率下降至原來的8%~12%,於1400Hz時可消除至1%以下,並能達到高透氣率,為具有高透氣、高吸音頻寬及低成本之新型超穎聲學材料。

格子點上選擇位置之性質研究

本文從一個現象開始:一群陌生人在坐一排座位時常不與他人鄰座,對此現象建立了一對數學模型探討。我們主要研究一維的情況下,能坐下的人數、以及若第一個人策略性的選擇,其至多能坐下的人數及策略、和隨著椅子數的增加至多能坐下的人數之變化。進一步地,我們將其中一個模型推廣到二維的情況,推導出在正方形的格子點中能坐下的人數。過程中我們先做一些預處理得到遞迴函式,然而常會遇到帶有高斯符號或是分段的遞迴函式,因此我們主要採取的手法是先猜出遞迴式的通式再歸納,或是利用調整法。最後雖然礙於二維以上的一般情況會因沒有規律而導不出完整的結論,但本文中我們做出了一些部分結果,未來也會試圖往更廣的情況突破。

智慧節能水電梯系統

本科展以傳統電梯為基礎,提出一套智慧節能水電梯系統,此系統分為三大部份,為智慧節能、智慧感測、智慧監控。此電梯智慧節能功能,是將電梯原固定配重之配重箱,改良為可調節重量之配重箱,當載重箱發生變化(人數變化),此時系統會依據目前電梯配重箱現況,利用配重水調整配重箱重量,達到載重箱與配重箱的平衡,即可達到電梯運行功率消耗最小化的節能目的,另外在智慧感測方面也增設火災感測器、煙霧感測器、地震感測器、過載保護裝置來使電梯防止天災和人員疏失。智慧監控的部分,由PLC結合人機畫面和遠端監控系統與智慧電表,此功能可以讓電梯的整體資訊讓維修人員更方便了解電梯的狀況,與蒐集電梯的相關資訊,達到整個系統整合的目的。

矩形密鋪及其應用

「使用給定的多個矩形密鋪一個格狀平面(2D rectangle tiling problem)」為一NP-complete問題,目前多項式時間只能求出盡可能覆蓋最大面積的近似解。本研究所創的階梯演算法透過改變動態規劃所紀錄的狀態,使狀態數大幅減少,進而改善求準確解的時間複雜度,當然也成功證明此演算法的正確性,並且此演算法也能處理環狀及有權重的類似問題,如RTILE PROBLEM、DRTILE PROBLEM。隨後,寫了一個互動展示品直覺地呈現此演算法的意義。並以階梯演算法成功將7/3-approximation algorithm (Krzysztof Lorys and Katarzyna E. Paluch,2000 [4]) 與11/5-approximation algorithm (Piotr Berman et al,2001[7])進行比較與分析。

「銀」光閃閃—魯米諾發光與奈米金屬增強效應

本實驗探討luminol(又稱魯米諾、發光胺)- H2O2- K3[Fe(CN)6]化學冷光系統在不同氧化劑(H2O2)濃度、催化劑(K3[Fe(CN)6])濃度、pH值和溫度下,對luminol發光現象的影響,並加入奈米金屬(奈米銀、奈米銅、奈米氧化鐵)探討其在反應中扮演何種角色。我們以自製螢光偵測裝置蒐集數據,發現奈米金屬可作為此發光系統的催化助劑(catalytic promoter),並進一步探討最佳濃度和溫度條件,其中奈米銀展現最佳的增強效果,同時討論奈米金屬增強發光的機制。

更精準掌控發酵-酵母菌在麵團中發酵程度的電特性大數據研究

麵包的成功除了材料外,精準的掌控發酵程度是關鍵,傳統發酵程度判斷僅看其膨脹高度及指壓回彈。我們用跨領域想像來思考來此問題,是否可更精準掌控發酵程度。麵團中含有蛋白質、食鹽與水,應具有一定程度的導電性,而發酵時產生的二氧化碳孔洞會使麵團的導電路徑長度變長或截面積變小,依電學研判麵團電阻值會變大。 本研究以市面常用3種不同蛋白質含量的麵粉進行測試,我們將麵團放入發酵容器,運用電極板及探針兩種偵測方式,歷經多次測試失敗,從原先直接測試電阻法到最後採用電極板間接測試法,終於成功證實我們假設是正確,也成功設計了發酵到位提醒裝置,過程中發現麵粉團具電感特性且會儲能,且PH值由5-6變成7-8,我們的元氣麵包夢想近了。