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第42屆--民國91年

空氣對流多功能應用

1. 電視新聞常見垃圾抗爭問題,使我聯想到房屋建築,為防止太陽熱\r 能進入,必須採用隔熱材料所引發之環保及防火問題,雖然與因一\r 般日常生活產生之垃圾所引發之垃圾抗爭無直接關係,但我想只要\r 此隔熱材料產生之垃圾日益增多,遲早會發生處理困難與抗爭問\r 題,讓我心想如果可以不使用隔熱材料而可以隔熱不是很好嗎?\r 2. 當我看到中華民國大氣層保護協會之會訊在討論CO2 與CFC 之排\r 放問題時,向我父親詢問隔熱材料之材質與來源,才知道隔熱材料\r 大部份為塑化材料,為達到有良好的隔熱效果,就必須發泡,發泡\r 劑都為CFC 類產品,該類產品會破壞臭氣層,塑化材料之來源為輕\r 油列解,以前常見高雄市楠梓區後勁地區居民抗爭,就是為了反對\r 五輕之興建,以前我不知道為什麼抗爭,現在我知道了,原來輕油\r 列解是一種高污染、高耗能源的工業,所以才受到反對興建,且電\r 力能源若取自火力發電,又是一種CO2 的排放及空氣污染的重要來\r 源之一,所以電廠的興建同樣遭當地居民所反對,也因此更堅定我\r 研究不使用隔熱材料的決心。\r 3. 有一次到同學家,他家樓頂有增建,用的是鐵皮搭建,雖然使用隔\r 熱材料,但仍甚悶熱,那時我靈機一動,若能使熱氣排出不就涼爽\r 了嗎?又看到電視新聞報導,又九二一災區臨時鐵皮教室熱的問\r 題,更讓我感同身受,由此引導出我研究的方向—空氣對流。\r 4. 九二一震災,震出了我的靈感,當初我非常納悶,這麼堅固的大\r 樓 — 板橋博士的家、台北松山東星大樓為什麼會倒,思索多日,\r 由各媒體報導,得知是建築結構與偷工減料的問題,但為什麼倒的\r 全部都是混凝土結構的大樓,而非鋼骨結構的大樓,後來經請教建\r 築界與資料收集,才知道鋼骨結構之抗震能力較強的關係,但鋼骨\r 結構使用的牆壁都是吊掛式,有一次參觀發明展,有一發明人設計\r 一輕質水泥,說如此可減少結構費用,又一發明人設計一種吊掛壁\r 板,材質使用的是隔熱材料,不符合環保,政府又一直在宣導環保\r 觀念,我靈機一動,思索著要如何設計一個既輕又符合環保之壁板,\r 當時我正在研究散熱屋頂之設計,當時對空氣對流研究到有一相當\r 成果,於是將散熱屋頂設計移用到璧板,發現效果不佳,引起我繼\r 續深入研究改進的興趣,經多次之實驗,才發現兩者之理論是互通\r 的,但結構是不同的,後來也提出專利申請,在很短的時間便被核\r 准發明專利,經延期半年公告,於今年二月十一日已在專利公報上\r 公告了(見專利公報),這是我生平第一項專利,而且又是發明專利,\r 所以我非常高興。\r \r 5.在台北市停車場火災,由電視報導見火之大,消防車灌水無效,真\r 是可怕,讓我想起有一次登山郊遊時,見一農夫在山坡地燃燒雜草\r 堆時的景象,起初農夫要點燃雜草不很容易,但當點燃不一會兒功\r 夫,火之旺,所引起風之大,情況類似,那時我只是想是空氣對流\r 的一種現象,新聞報導是什麼煙囪效應,我不懂,當東科大樓火災\r 時,由三樓延燒到十六樓,大家又再說煙囪效應問題,於是我又回\r 想到三、四年前,父親帶我到台南貝汝參觀商展,有一家廠商在展\r 示焚化爐,當在開始點火,火並沒有那麼容易就點燃,可是當點燃\r 後,火開始燃燒,起初火不很大,但不久火就愈燒愈大,在那時候\r 站在爐門前,就會感覺有一股強大的風被吸入爐內,而火燄則很大\r 的往煙囪竄升,這時我才意識到什麼是煙囪效應,且此時我對空氣\r 對流之研究已有相當之成果,因此我就知道煙囪效應為空氣對流的\r 一種表現,電視新聞又報導屏東縣有一間土地公廟,信徒燒金紙給\r 他時,金紙會一張一張自動跑到金爐內燃燒,信徒都說土地公會自\r 己算錢,非常相信土地公有靈,事實上也是煙囪效應所產生空氣對\r 流的結果,於是引發我對煙囪效應問題研究之興趣。

海格的爆尾丁蝦- 鹼性電池的探討

鹼性電池使用的電解液均為強鹼,電池中的鋅極會與其發生腐蝕反應,使得電池放電壽命降低,並產生氫氣,而大量氫氣使得電池有爆裂的危險,為了改善上述問題,我們自行設計了氣體觀測儀器,用來檢測銀鋅電池充放電與靜置時之氣體產生量,更藉由探討影響變因的過程找出銀鋅電池最合適之使用條件,例如:電解液種類之選擇、濃度的比較、電極面積與充電電流對使用效果之影響,並改善電池腐蝕程度,進一步提高使用功率,以鋅極處理(Sn:Pb 1:1 )搭配電解液添加物(KOH:Zn(OH)42- 2:1) 非常有效率地抑制氣體產生,更用氯化銀取代傳統氧化銀為正極,大大地提升放電功率至原先的數百倍。

以自製的反應儀器研究鹽類對雙氧水分解反應的影響

本研究是以自製的反應儀器全程監控雙氧水加入不同的三價鐵鹽中,伴隨著氧化還原及催化分解產生氧氣的全部過程,其設計流程如下: 反應器→排水集器法→虎克定律→滑尺感測→A/D電路→電腦將雙氧水分解出的氧氣,利用集水桶收集,集水桶的重量向下拉動滑尺,使其感應部分通過光遮斷器,藉由A/D 電路,電腦收集電壓與時間的數據,再配合校準線的資料繪出反應速率與時間的關係圖。研究結果顯示三價鐵鹽中,Fe(NO3)3 和FeCl3 的反應情況較類似,氧氣的產生很快達最高速率,其最大反應速率值約在0.4ml/s-0.6ml/s 上下,但反應也很快完成。Fe2(SO4)3 的反應情況較溫和平緩,慢慢提升其反應速率,且其最大反應速率也較小,約在0.1ml/s-0.2ml/s 上下。藉此研究結果,若要利用雙氧水的氧化力應用於工業的污水處理上,Fe(NO3)3 和FeCl3 較適於速效性(如旺季,訂單大量,產生廢水量較大之行業); Fe2(SO4)3 較適於長效性(如淡季時,不景氣,產生廢水量較少較緩之行業)。若鐵生成穩定錯離子後,其反應速率皆較慢,實驗結果其最大反應速率值約在 0.01ml/s-0.02ml/s 上下,速率比非錯鹽的鐵鹽慢了十倍多。其中Fe(CN)63-,圖形與FeCl3類似,其餘其反應速率較近於定值,可將此結果應用於日常生活中需較固定氧氣產生,而其速率不必很大處(如水族箱之氧氣供應,燃料電池之氧氣供應)。

用空氣發電-鋅空氣電池性質探討

以本校現有之器材與設備製成鋅空氣電池,並以實驗證明我們製成的電池確為鋅空氣電池。以自製之鋅空氣電池探討鋅陽極製作方式、鋅陽極面積、擴散層中PTFE 含量、催化劑種類、「充電」方式、環境中二氧化碳等各項因素對鋅空氣電池性能之影響,並改變鋅陽極製法及擴散層中 PTFE 含量,有效改進電池性能。

生命之源-水的電解研究

本研究是在探討影響〝水電解實驗〞的各項變因(一)探討不同材質作為電極的差異性,一般的金屬片(如 Fe、Cu、Zn、Ni 等)都屬活性電極,通電電解時,可能參加反應,而不銹鋼則因它的特性耐腐蝕,非常安定,導電性好等諸多優點,很適合做電極棒。(二)一般電解質水溶液的濃度越高,導電效果越好,電流量越大。0.75M 的氫氧化鈉是水電解實驗時最佳的電解液。但稀硫酸、氫氧化鈉二種電解液的濃度超過 0.75M 後,溶液的導電效果變差,電流量反轉下降。(三)一般而言,電極棒越粗越長,因接觸面積大,電流量會較大,氫氧生成量也會較多。電極間距越小,電流量越大。(四)電解液溫度越高,電流量越大,氫氧生成量也越多。在 25℃常溫下, H2/O2的比值最接近 2,最適合做為電解溶液的溫度。(五)電解質水溶液電解前後,正負極的 PH 值會改變,正極會減少,負極會增加。(六)針對傳統電解裝置的缺點,製作出改良式的電解裝置,使在操作上更方便,更精確,收集氣體也更安全。

酸鹼性、溫度對蛋的影響及應用

國中生物課本第七章蛋的構造,使我們知道蛋的性狀都不相同,蛋的外觀及內部的色澤、凝固強度差異極大。我們吃的酸蛋、皮蛋、水煮蛋、溫泉蛋,是否受到溫度、酸鹼性的影響?是否蛋浸泡不同酸鹼溶液及加熱會影響蛋黃、蛋白的色澤及凝固性?激起了我們的興趣而去深入研究探討。

嗚咽的南崁溪

本研究主要探討南崁溪上游被污染的程度以及污染來源,我們每天由民光東路橋下,採集河水當樣本來研究,用顯微鏡觀察水中的物質和生物,並用濾紙過濾溪水,觀察殘留物。對於探討南崁溪的污染程度,我們設計一種簡易測定濁度的方法,並實際沿著南崁溪調查污染來源,還從網站、地圖、電話簿,尋找資料。這些資料包含一些南崁溪沿岸河邊的染整廠和養豬場等對河川會造成污染的產業,並調查南崁溪流域的人口並計算污水排水孔。由調查研究顯示,當經過下雨後,河水的濁度會降低,在下雨時,因沖刷帶有泥沙,河水濁度會升高,但臭味會減輕。這就是人們所知道河水的自淨能力,可是,南崁溪被污染的連下雨都沒有辦法減輕河川被污染的程度,所以本研究是希望大家能了解、注重環境保護,愛護河川,並徹底的改善河川的污染,讓南崁溪恢復原貌,使下一代有一美好的環境。

圓圓轉轉轉

我利用動圓和定圓來探討轉動所行經面積估算與指標角度的變化。採用圓形板,以相同半徑的動圓去轉動一個或多個定圓,從動圓行經的軌跡估算面積;接著將定圓排成直線形、三角形數、正方形數,利用動圓轉動上述圖形,估算動圓的指標角在轉動後的角度改變。結果發現,在面積的估算上,圖形雖複雜,但經過操作整理後,可以得到精確的估算值,並發現規律性。在估算指標角,以同樣大小的動圓去轉直線狀、三角形數、正方形數的定圓,指標角度有一定的變化,當定圓數量增加時,有規律性。動圓和定圓的半徑成比率時(如 1:2、1:3、…),指標角也具有規律性。我使用的道具雖簡單,卻可以導出有趣又有規律的推論。本研究仍有許多工作,可留待以後再來進行。

螺旋藻分解物對乳酸菌抗酸性之研究

現今乳酸飲料風行,但是乳酸菌是否真能通過胃酸到達腸道為人體利用?首先以市售乳酸菌粉做為材料,研究其適合生長的酸鹼值,再於培養基中添加不同濃度的螺旋藻分解物,利用分光光度計測乳酸菌的生長能力。結果顯示乳酸菌的抗酸能力提升,利於人體利用。此外,還自市面取樣 4 種廠牌,種入不同螺旋藻濃度的 Thioglycollate 培養液中,測其吸光度,發現細菌的菌種與菌種數會影響螺旋藻的效果,除此,食品添加物也是妨礙乳酸菌抗酸的因素之一。綜合此實驗所得的結果,相信妥善添加螺旋藻可提升乳酸菌的抗酸性,有助於改善人體吸收,更能促進人體健康,不啻是食品科技的一大發現。

水中的F117—大肚魚

本實驗探討大肚魚適應環境之方式以及大肚魚對顏色探究與學習能力之相關性,主要內容如下:生殖方面:體內受精、卵胎生、一年四季的生產、族群中雌雄數量比約 3:1 及性反射刺激,此皆有助於種族的延續。生存方面:攝食具活動力的餌;對細長形且會動之物體,具攻擊性傾向;體色會隨所處周遭環境顏色改變;刺激源(強度及加速度改變)影響鑽地隻數,上述皆有利大肚魚獵補食物或避免受到敵害攻擊。學習能力與探究行為:探究行為出現時,先前學習經驗及防禦反射──鑽地行為均受到抑制,但大肚魚對顏色的偏好,會影響探究行為之表現。(作品名稱由來:我們認為大肚魚在水中有如 F117 隱形戰機般,具反雷達、隱形、快速等特色,此對大肚魚之生存具重要意義。)