全國中小學科展

第60屆--民國109年

「冰」與「火」之爭

此研究是利用溫差發電晶片(SP1848-27145)的特性,將日常生活中額外產生不必要的廢熱收集起來轉化成電能,為環保盡一份心意。此研究與其他相關溫差發電實驗最大的不同之處在於溫差發電晶片的”熱面”並非直接接觸在熱源之上,而是透過導熱材料將”廢熱”引導出來。至於溫差發電晶片的”冷面”則是透過環境溫度或是保冷凝膠墊的方式進行被動式降溫。此外,由於熱能是透過導熱材料傳導過來的,如何在傳導過程中有效地將”熱”保存起來提供給溫差發電晶片(SP1848-27145)熱面使用,以及溫差發電晶片組不同的排列組合方式,均為本研究主題所要探究的項目。

凱爾特石的反轉密碼

我們發現可以改變方向旋轉的迴旋棒(rattleback),感到很驚奇。我們想探討它產生迴轉的變化與原理。我們以(1)文獻探討法(2)調查法(3)數位成型法(4)灌模法(5)實驗法(控制材質、大小、形狀、底面粗細、旋轉力量、施力點、施力方法、施力方向等變因)(6)TRACKER軟體分析法進行研究,探討迴旋棒產生反轉的現象、原理及變化。我們發現:迴旋棒的反轉現象會受形狀、材質、重心位置、受力位置、受力大小的影響,我們應用迴旋棒X、Y、Z軸的關係及重心結構原理,對於這種發現我們十分興奮,希望繼續探討實作新型迴旋棒,擴展研究成果。

從雷達回波估算即時降雨

近來暴雨頻傳,預報困難度提高,即時短期降水成為熱門的議題。 本研究意欲以深度學習的類神經網路,經過大量雷達影像訓練後,以高命中率預測短期雷達回波演變,並透過回波值Z和時雨量R公式轉換,進行雨量預報。 以中彰投、海拔低於700公尺的地區為對象,先求出各降雨型態(梅雨、颱風等)在Z—R關係式的a、b值,且以回波預測各類型的雨量,並且找出各降雨類型的模型所對應的最佳訓練集長度及訓練型樣(Epoch)。 結果發現在預測冷鋒、颱風、梅雨即時降雨方面,卷積長短期記憶類神經網路(ConvLSTM)的雨量預測能在60分鐘內誤差小於 4毫米,其餘類型的降雨預測,誤差則小於10毫米,成功地預測雨量的變化。

色變~藍靛粉的山水風情畫

傳統的藍染,染一塊深藍的布,有時要反覆染個二、三十次才行,而每一次的洗滌,都是藍水對環境的污染! 我們以便宜的零件及回收的手機變壓器插頭,成功的製造出第三代簡易吸光儀,其中六段電源供應器以不同電壓驅動光敏電阻感光後的電壓變化,線性趨勢線的相關係數R2值可達0.99,而配製藍染溶液的色階檢量線,辨色的相關係數也可達0.9以上,因此,可以輕易的分辨藍染後的廢液濃度,回收再利用。 同時,我們企圖以水果皮內膜取代保險粉(連二亞硫酸鈉)的臭味及毒性,也意外的發現,減少藍染洗滌廢水及減少藍染次數的簡單方法-回歸加酸定色,可讓染料溶解度變小而定色於染布上。

風蕭蕭「吸」家清涼

本研究利用風力引進屋頂室外空氣,來降低室內溫度。將屋頂空氣引進室內有三項基本要求:「進氣效率高」、「防水效果好」、「能依風向轉動」。利用風洞與風速計測量「各種形狀的通風開口」、「對風向不同角度開口」的排吸氣速度,發現開口面對風向時進氣速度最快,找出吸氣效率最佳的方向後,再以氣水分離器的離心原理設計能將空氣、雨水分離的的管道,加上能隨風向轉動的開口,完成能以360度風向防水進氣的裝置,經模擬實測結果,自製的防水進氣裝置,在有風的晴天時,最多能降低室內溫度14.3°C(如實驗八數據)。

沂水春風,潔濁揚清

紡織印染行業是工業污水排放大戶,此類污水的特點是有機物濃度高、組分複雜、色度深且多變等,屬難處理工業廢水之一,排入自然水體中將降低水中溶解氧濃度,阻礙光合作用和水體自淨,危害生態環境。因此,印染廢水必須經過生物化學處理以降低生物需氧量(BOD5)及生化需氧量(COD)含量,但活性污泥等常規生物處理工藝對於印染廢水中有機物的降解收效甚微,通常在生物處理後搭配化學處理工藝以達到深度淨化的目的。在各類三級化學水處理方法中,本研究以新式Fenton法為基礎(屬高級氧化水處理技術),因其水力停留時間短、去除效率高,成為處理紡染廢水的主流。

以弧測海-探究費氏弧菌並檢測海洋汙染

本實驗使用分光光度計檢測費氏弧菌菌液濃度的OD600吸光值,並以其判斷費氏弧菌的生長情況,測量各實驗組中細菌含量的差異。 首先檢測其生長情形最良好之鹽度,再以最適鹽度做為培養基基底,並用於檢測有機、無機汙染物對於費氏弧菌生長的抑制效果,並將所得結論用於實測東北角海岸線汙染,分析各種汙染物及各地海水下菌液OD600數值之間的關係,進而探討各地海水所受到的汙染程度並嘗試了解其汙染因素。 為解決耗時過程,我們採用海藻酸鈉可形成凝膠的特質,將費氏弧菌以膠球固定化,加入對應的自體誘導物N-(3-oxohexanoyl)homoserine lactone,並測試其發光、發熱的強度。加入待測汙染物及樣本,測量發光強度,若和上述OD600實驗所得的數值正相關,則能夠以此方式迅速進行海水水質檢測方式。

以人工智慧協助腎臟基因變異之治病預測

本研究致力於尋找在資料不足的情況下最佳的基因預測模式。 首先,訓練預測腎臟基因(PKD1)變異致病力模型,利用三種訓練方法:「管線」(Pipeline)、 SVM分類器、隨機森林相關分類器訓練資料,並調整相關參數。其中,以隨機森林準確率最高。另外,利用「網路爬蟲」技術整合四個大型網路基因變異註釋工具,製作單一介面方便使用者輸入資料,能夠大幅減少醫生預測病人基因變異致病性的時間,具有極高的實用性。為了嘗試解決基因變異致病力預測資料不足的問題,本研究利用網路工具所預測之致病力分數訓練模型,然基因變異位置複雜,資料量仍有所欠缺。 最後,期望利用本研究「整合網路基因註釋工具」蒐集醫生資料,提高模型資料量同時提高準確率。

不能說的X-揭開植物化酒為水的奧秘

植物纖維中可食者稱「膳食纖維」,選擇常用蔬果做實驗,期望對人類有所裨益。本實驗經由觀察植物化酒為水的現象,藉膳食纖維的特性,去探討其原因與「分子間作用力」的相關性: 一、「非水溶性」膳食纖維可以吸收酒精和水份 。 二、膳食纖維有很多親水基團,而水的極性大於酒精,但實驗卻發現植物親酒精更勝於水: (一) 酒精和水發生「競爭取代」的現象。 (二) 膳食纖維有親脂端會吸油,而酒精也有親脂端。 三、極性分子有正極偶、負極偶,利用TDS&EC(總溶解固體量與電導度)測量儀,測出膳食纖維可吸引電解質。 四、蛋白質在酒精、醋酸、鹽酸中會產生變性,而「水溶性」膳食纖維可以吸附蛋白質形成保護膜,減少變性。

討厭!為什麼我一照光就會長曬斑

本實驗探究油點百合的黑斑生成因子,實驗分為五個部分:第一個部分檢示黑斑葉切片,顯微鏡下觀測黑斑主要在上表皮細胞之下的單層葉肉組織,具有黑斑的細胞為紫紅色,推測為花青素;第二個部分以分光光度計檢測黑斑萃取液,比對前人的花青素光譜數據的波峰段,應為花青素的一種類別-芹菜定;第三個部分,透過UV光照射是否形成黑斑,透過UV模擬箱,皆以12.7公分的距離照射,在照射UVA、UVC後,和對照組進行比對有顯著的黑斑比例差異和葉柄生長量的差異;第四個部分以氮肥、尿素、磷肥和必達通用肥作為營養鹽,噴灑在葉面、土壤灌溉和直接浸泡於營養液的方式進行灌溉,結果顯示噴灑在葉面的各組營養鹽皆有促使黑斑生成率增加的現象。