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第59屆--民國108年

融化冰凍的心-魔力解凍板

本研究使用鋁板探究快速解凍法,利用熱傳導,嘗試排水導流和增加接觸面積;利用熱對流,使板面立體或加裝風扇,增加空氣對流,解凍速度再升級,自製出第一代魔力解凍板,並且改良研發第二代魔力解凍板成為綠色環保產品。我們發現: 一、鋁板厚度達2mm時,解凍速度可增加5~10倍,但持續加厚解凍效率趨緩。 二、「孔洞導流鋁板」兼具排水與接觸面積的優點,因此解凍速度優於其他鋁板。 三、增加冰塊與鋁板的接觸面積可以加速解凍,最佳解凍板組合為上層4mm下層2mm,解凍速度較單層快2.3倍。 四、第二代解凍板使用鋁扁管與第一代解凍板使用風扇之解凍效果相當。 五、第二代解凍板解凍豬排的速度優於市售解凍板,較自然解凍快11.5倍,低於平均市售價格達1707元。

低脂冰淇淋與物理的火花

本研究探討不同因素對冰淇淋的影響,從成分、減少油脂含量、打發鮮奶油著手,並研發簡易測量方法——利用位能、摩擦力等科學概念測量硬度,讓數字客觀地說話,研究製作出步驟簡單、少添加物且低脂的冰淇淋。研究過程中我們對於冰淇淋相關知識,如成分、製作技巧等,以及能量、摩擦力的概念有了更深刻的印象。 利用本實驗結果推算出「冰淇淋函數」,在同油脂量冰淇淋不同溫度下得到對應的硬度(摩擦力),及最後找出同溫下不同油脂量的冰淇淋所對應的硬度(摩擦力),可客製化適合不同客群的冰淇淋,並且利用打發鮮奶油時間降低冰淇淋的油脂含量,研發出低脂冰淇淋。

巴斯卡正方形

本文將一道組合問題可能的方法數製成正方形表格,以「巴斯卡正方形」命名。將此正方形內的組合數同餘若干自然數後,觀察及歸納其結果。 同餘後不同的餘數配予不同顏色,產生一些特別的圖形,例如:「教大中庭系列」及「棋盤格系列」。我們研究了這些圖形的規律性以及對各個餘數的個數進行計數。 我們利用Lucas’s Theorem及(1+x)n 展開的係數搭配乘法原理來做計數的工具,並且研發了一個算式用於計算任意組合數被質數的次方同餘後的結果。

擋不住的「吸」飲力-新型吸管之研發

本研究首先製作「蔬菜紙吸管」,其耐水性及吸飲功能不佳,改以海藻膠製作吸管,經歷多次改良後的「第三代海藻膠吸管」其質地近似塑膠吸管,但吸飲功能仍然不佳。接著,以海藻膠為膠著劑;紅茶粉為骨材,成功製作出耐水性、吸飲功能較佳且可散發紅茶香氣的「紅茶吸管」。提高添加紅茶粉之比例,能有效提升吸管硬度,可應用在飲料封口膜之戳入,在冰水、熱水中均可長時間維持吸飲功能,製作大口徑「紅茶吸管」,可輕易吸飲波霸珍珠,徹底解決吸飲波霸珍珠之難題。自製擠出成型機械,可控制出料速度維持穩定,在滑軌上以直線移動,可製作出粗細一致且筆直的吸管,最後試製綠茶、咖啡、檸檬等調味吸管,均會飄出天然原料之香氣,頗具商品化之潛力。

日曬剋星-火龍果皮花青素防曬之研究

本研究以蒸餾水加熱葡萄皮、紫高麗菜及火龍果皮的方式,萃取深色果皮或菜葉中所含花青素,並以自製實驗裝置檢測其花青素萃取液具有遮白光及紫外光效果。萃取過程中發現將果皮乾燥處理、改用甲醇或乙醇當溶劑來萃取花青素,上述方式都會加快及提升花青素萃取的量。自製防曬乳中加入火龍果皮的花青素萃取液,其遮紫外光效果(電阻值)約為未添加花青素萃取液的1.5倍;將火龍果皮乾燥處理並以甲醇為溶劑的花青素萃取液,在添加工研醋當染媒劑的情況下,麻布染色定色效果佳,且其遮擋紫外光能力(電阻值)遠較未經處理的麻布優異。

絕世好漆-以牛奶和教室粉筆自製塗漆

牛奶中有許多乳酸菌,在常溫下放置的時間過久時,乳酸菌就會開始繁殖,產生乳酸使牛奶液變成酸性,讓牛奶中的酪蛋白分子重新連結在一起,我們利用這種反應再加入小蘇打粉,讓牛奶中的酪蛋白產生黏性,自製成有黏性的膠水,牛奶膠水具有黏著性,適合當作外牆塗漆的原料,歷史著名的建築物布達拉宮白色的外觀,塗漆主要原料就是牛奶,所以我們以牛奶的酪蛋白為基底,加入了熟石灰、石膏、滑石粉…等不同配方,其中還發揮環保回收的創意,使用了教室剩下來的短粉筆(碳酸鈣)當原料,製作了牛奶塗漆,並觀察不同的塗漆的性質變化,同時也藉由請教古蹟修復專家,進一步來改良實驗中我們自製的塗漆,調製成各種顏色的塗漆,並應用於生活中。

「鹽」來不一樣――碳酸鹽與鹽酸反應特性之研究

本研究主要是釐清碳酸鹽類與鹽酸反應後的吸放熱現象。以實驗室常見的三種藥品碳酸鈣、碳酸鈉和碳酸氫鈉做為探討對象,並自製暗箱,結合感測器測量反應後的二氧化碳、濕度和水溫,經過反覆實驗後,發現(一)異相和均相反應的結果不完全相同,吸放熱與物質狀態有關,特別是碳酸氫鈉,不宜簡化成“酸+鹼必放熱”的論述。(二)異相反應時,碳酸鈣和碳酸氫鈉有粉塵效應,但碳酸鈉的粉塵效應不明顯。(三)比較溼度與二氧化碳的變化曲線,可說明碳酸鹽與鹽酸反應產生的水主要是以液態為主,可以清楚輔助說明化學反應式的狀態。 綜上所述,本研究自製的觀測器,不僅可以即時監測化學變化,還可驗證物質的基本反應熱和狀態的特性。

「混」是「膜」王─探討海藻酸鈉及澱粉混和薄膜的特性

本研究旨在探討海藻酸鈉、澱粉及兩者混和成膜的特性,並討論上述薄膜添加氯化鈣進行交聯後對薄膜特性的影響及應用,希望將薄膜進一步應用在生活中。研究發現支鏈澱粉含量多所組成的薄膜,黏性高、易破、厚度最薄;添加澱粉量愈多的薄膜愈硬脆,若提高海藻酸鈉濃度可使膜較為平整柔軟;與氯化鈣交聯成膜則會使薄膜厚度增加、面積縮小;添加澱粉的海藻酸鈣薄膜吸水率提高,3%糯米粉乾粉混合膜的吸水率達99%最高,薄膜乾燥前期的含水率下降速率較快,將此薄膜重複吸水,第一次吸水量最高,之後的吸水量減低且往復吸水、乾燥的速率提高,將薄膜添加水晶寶寶可使吸水量增加製成吸水墊,以期取代目前生鮮食材用的PE淋膜不織布吸水紙,將能更具環保價值。

白裡透紅的秘密----溫泉中搖蚊的生態研究

在陽明山前山公園的溫泉溪中,我們發現俗稱紅蟲的搖蚊幼蟲,旁邊清澈小溪裡卻沒有。紅蟲在溫泉底泥中搖擺築巢,傍晚與清晨搖蚊在石頭與枝葉上行走或水面上婚飛交配。成蟲靜止時前肢不搖,婚飛不形成蚊柱。溪中成蟲與幼蟲數量會受雨量影響,約一個禮拜恢復。採集回家養殖後,我們觀察到卵、幼蟲、蛹、成蟲完整的生活史,也看到紅蟲的心臟以及分類依據的口器(頦)。透過實驗控制養殖水酸鹼度、底泥和溫度等變因,得知:紅蟲對酸鹼值的耐受性很高;水溫低時羽化速度比高溫時慢;粒徑小的底泥較適合紅蟲築巢棲息。因此我們發現,溫泉搖蚊身體構造和蚊子不同、習性與一般搖蚊不同,溫度、水質和底泥都會影響紅蟲生長,尤其是底泥對於搖蚊的影響最大。

高階線性遞迴數列中的餘數數列之探討

費氏數列中每一項除以任意正整數後所得的餘數數列具有許多有趣的性質,例如:所有餘數數列均有週期性及每個週期循環列皆是由0均勻分割,即數列在固定間隔某幾項後可被正整數整除,由此性質就可進一步計算週期長度。 本作品中我們嘗試將費氏數列中的餘數數列性質推廣到一般高階正整係數齊次線性遞迴數列(內文簡稱高階線性遞迴數列)的情形。我們發現除了所有餘數數列均為(前)週期數列外,每個週期循環列中的均勻分割的情形變化出二種:由數個0均勻分割(含某項後均為0)、數個不全為0均勻分割(含某項後皆為不為0的常數),進一步則探討上述二種中的區分週期循環列之條件。最後由餘數數列性質探討出其數列的因倍數定理。