全國中小學科展

生活與應用科學科(二)科

藻紙如此,何必砍樹~探討利用三種絲狀藻造紙效果之比較

本研究採集三種絲狀藻,包含鞘藻(Oedogonium sp.)、剛毛藻(Cladophora sp.)、和黑孢藻(Pithophora sp.),利用這三種絲狀藻來製作藻紙,採用的製作程序是『採集原料→曬乾(或不曬乾)→漂白(或不漂白)→加熱(或不加熱)→打碎(不同時間)→抄紙→取出壓乾』的各種變化,製作了超過119張的藻紙,並和市售的影印紙比較外觀、重量、厚度、透光度、吸水性、吸油性、抗張力性、耐折性等性質,認為藻紙的品質不會比一般的手工紙不好,如果可以針對製作原料和製作程序多作試驗探討,一定可以做出品質非常好的手工紙張。利用絲狀藻為原料來製作紙張,除了減少樹木的砍伐,而且因為製作的過程不需要為了溶解木質素而使用鹼液,可以降低對環境的影響,是值得推廣的一種造紙原料。

噓寒問暖,發熱衣解密

透過紡織品形成空氣層,達到減緩人體熱能散失是禦寒保暖的策略之一。市售發熱衣為本校學童內搭衣主流,以聚酯纖維、聚丙烯腈、嫘縈及彈性纖維為主材質。其中以聚酯纖維為主要材質的發熱衣較容易達到比純棉內衣更好的保暖效果。在流汗及微風(蒲福風級表)的情境中,發熱衣蓄熱保暖的效果均劣於純棉內衣。而市售發熱衣所標榜發熱技術,其效果甚微。穿著發熱衣時仍需配合當日天氣與活動搭配防風或排汗衣物,才能達到保暖蓄熱的最佳效果。

別「具」煋「腸」─自製分光光度計檢測生食中大腸桿菌數

本實驗利用自製分光光度計來進行日常生食大腸桿菌之檢測,我們透過自製儀器所感測出的電壓值,與市售3M試片進行對照,已建立檢驗流程與標準,在自製儀器吸光值0.3~0.7區間,能有效推得生食中大腸桿菌可能之含量,且與衛服部食藥署檢驗大腸桿菌的方法相比,檢測速度大幅提升,等待時間從24~48小時縮短至20分鐘。本儀器的未來發展性是期望透過快速且準確檢驗微生物的原理,推廣到飲水機水質檢測以及洗碗機洗淨效能檢測等。

從空中看地面—用算樹實驗探討行道樹遮陽效果

本研究運用多元的科技方法研究行道樹之規劃。先利用實際測量了解有無樹蔭對地表溫度之差異,再以NDVI數據資料探討六都種樹情形。算樹實驗過程以小型空拍機拍攝市區常見的樹種行道樹,運用ImageJ及IC_Measure程式軟體分析、計算樹冠、樹冠幅、樹冠幅蔭等面積,探討樹蔭大小和遮陽的關聯性,發現樟樹能提供較多樹蔭達降溫效果,是栽種行道樹的最佳選擇。最後自製道具實際模擬,得到最佳植樹高度公式為LH+Wtanθ(單位:m),其中W:要遮住的路寬、LH:樹木枝下高、θ:當地12點太陽仰角,藉「算樹實驗」可配合各地區的太陽仰角角度,計算不同時段的樹蔭面積,系統化規劃各地最適宜植樹高度,如在北回歸線位置6m寬的道路旁建議最低樹高約為12m。

「聲」「氣」勃勃─聲波滅火之原理探究與裝置改良分析

我們利用西卡紙製作不同孔徑與筒長的聚音筒裝置以控制聲波前進的方向並提高音量,並以筆電及軟體(VB_generator)控制輸出聲音的頻率及音量找出較適合的輸出功率(30%),接下來利用分貝計測量各種孔徑與筒長的聚音筒在不同頻率與距離時的音量,且找到間歇性的噴射氣流與音量振盪之關聯性,得知聲波滅火可能與噴射氣流及聲波為疏密波有關。 從研究三到五的結果發現孔徑4cm的聚音筒效果最佳,而筒長越長出現最強噴射氣流的頻率越低,筒長25cm時為40Hz、筒長20cm時為45Hz且為本實驗中最強的噴射氣流。 製作新型聲波滅火裝置,研究後發現喇叭直徑越小,產生最大噴射氣流的頻率隨之變大;距離3cm且頻率在230Hz時擺角為最大值29.2˚,根據新型聲波滅火裝置的滅火效果測試,頻率為220和230Hz的聲波將蠟燭熄滅的距離最遠為36cm。

綠手指的好幫手—水龍捲噴瓶效能之研究

我們在照顧陽台的盆栽植物時,發現加壓噴瓶無法完全噴灑到盆栽的每一個角落,因此研發了「水龍捲噴瓶」,並希望將本產品應用在大樓陽台以外的花園、菜園或草坪。本研究中我們主要探討影響水龍捲噴瓶的噴灑範圍面積的因素,以及如何讓它的噴灑範圍最廣,最有效率。我們比較了一般市售的加壓噴瓶與我們改良的水龍捲噴瓶,發現水龍捲噴瓶的噴灑面積較大、可較快速的將瓶內的水噴完,且讓植物得到足夠的水份。除此之外,它也是一個不需插電、不需接水管的節能省水裝置。根據實驗後的結果,我們有了以下發現:放置噴瓶的位置愈高、噴瓶加壓次數越多產生瓶內的壓力愈大、水管長度愈短,水龍捲噴瓶的噴灑面積就愈大。

太陽能光熱分離複合發電的探討

從遮雨棚吸熱引發靈感,將太陽的光與熱分開來發電,讓太陽能板不因高溫降低發電並並延長使用壽命,然後再將分離後的電並聯使用,便是光熱分離複合發電構想,過程發現太陽光的熱分離後,會使發電量降低,可利用提高熱電轉換方式: 1.選擇紅外線IR塗料來提高透光與吸熱率 2.利用傳導、對流、輻射原理提高熱電轉換效果 3.提高致冷晶片發電關鍵在於增加吸熱與散熱端的溫差 最後利用所學,改裝環保水冷式設計,除加速散熱增加溫差以提高致冷晶片發電外,冷卻後的水也能當熱水再利用。測試後發現:照射時間越久,光電轉換電力依舊可維持發電效果,而熱電轉換則會越來越好,甚至有機會彌補因吸熱降低透光率所減少的光電轉換電量。

懶人吃早餐-懸吊繩骨牌驅動機構煎蛋機之研發

如果一醒來,就有一顆熱呼呼的太陽蛋在盤子中等你,多幸福啊!於是懒得早起的我們想自製自動煎蛋機。首先我們先研究太陽蛋的美味祕訣是220度煎5分鐘,接著再分析人工煎蛋的動作,以人因工程的概念,參考魯布•戈德堡機械結構原理,藉著懸吊繩機構,將煎蛋區分為九大步驟。分別為1倒油動作、2止油動作、3敲蛋動作、4倒蛋液動作,5回收鋁箔滑梯動作,6滑板鏟蛋動作,7槓桿盛蛋離鍋動作,8平移蛋後斜板入盤動作、9撒胡椒動作。且利用熟悉的骨牌驅動機構完成此連續且自動化之機構,最後藉著滑輪機構而能手動回收落下的骨牌,且利用定位點機構,將骨牌放置在定位處,使整體煎蛋機機械能重複下一循環動作,確實達成生活應用之實質功效。

「金」「壁」「灰」煌-會呼吸的智慧多孔創新材料初探

金門居民根深蒂固「拜越多、燒越多、保佑越多」的風俗習慣,導致金紙灰滿天飛,嚴重汙染,我們無法改變居民陋習,加上金門材料出問題人心惶惶,因此結合兩大問題,邁向「清淨家園」。 實驗發現,以金紙灰分別替代砂和水泥,製成「會呼吸的智慧多孔創新材料」,不同替代率有不同的功能,替代5%砂和20%水泥以內,符合結構強度210kgf/cm2抗壓強度的需求;替代35%、40%水泥及35%砂作為「會呼吸的智慧多孔創新材料」的效果最佳。並實作校園生態池和洗手檯、開設diy課程推廣自製文創小物。 「會呼吸的智慧多孔創新材料」可應用於建築物外殼節能材料、室內牆板與裝修材料、綠化植生生態材料,綠色環保材料,已獲水泥預拌廠同意推廣,有賴官方納入施工規範。

有「膠」無痕-乾式膠帶的製造

市售膠帶為了讓黏性增加會塗上黏膠。本次科展我們研究製作可重複用無殘膠的乾式膠帶,其實驗分為如何製作乾式膠帶,以及比較校內樹葉、生活用品與塑膠材質為模版製作的膠帶。實驗結果發現便宜的白膠可做為乾式膠帶的主要原料;而表面越光滑平整的樹葉所製作出的膠帶掛重會越重;生活用品以塑膠材質做出的膠帶掛重最好;我們也發現塑膠模版分子含有氧原子或具極性所製作的膠帶掛重較高,其中又以聚乳酸(PLA)作為模板所製作的乾式膠帶掛重最佳,單位面積掛重為415g/cm2。為了取得方便,我們以聚碳酸酯(PC)為模版,將白膠加入適量過濾水所製作的膠帶掛重最高(單位面積掛重>541.83g/cm2),最後我們也將所製作的膠帶成功黏貼在鐵櫃、冰箱、白板、磁磚上掛重。