全國中小學科展

國中組

「電」擊「污」散

本研究利用電解反應技術來探討含水污泥脫水之效率,由於處理污泥的成本往往過高,而電解反應脫水能有效降低其成本。一般帶濾式機械設備脫水後含水量通常超過50%,且裝置龐大十分耗電。而我們利用簡易的裝置,以小型電解反應進行實際脫水,在18-36v的電壓下,進行2hr脫水處理,其脫水效果目前可達到31.3~45.1%。而在含有重金屬的電解液中也能達到30-40%的脫水效果。最後我們改以垂直式的脫水裝置,其在陰極脫水效果更能達到40~50%,值得進行後續污泥脫水的研究。

臺南海邊的前世與今生

我從臺南市嘉南療養院旁的水果園露頭上採集了許多貝殼化石,也到臺南龍崗海邊觀察海浪沖擊沙灘上的泥砂,也採集現生貝殼和挖掘地層中的泥砂。從觀察臺南龍崗海邊採集的泥砂特徵,以及在實體顯微鏡觀察貝殼及有孔蟲,和嘉南療養院旁水果園中的泥砂、貝殼和有孔蟲化石相比較,發現有許多相似的地方,都是屬於淺海環境。這與相關文獻中相吻合,同時證明水果園在5800~7200年前是海岸沙灘環境與現今的龍崗海邊有著相同的生態環境。

森「螺」萬「像」─探討斑蜷習性與其生存環境的關係

斑蜷(Melanoides maculata)為2005年台灣發表的記錄種,在外形上與網蜷(M. tuberculata)非常相似,斑蜷口蓋旁有條黑色弧線,是辨別此兩種螺類最明顯的特徵。斑蜷除了會攝食微藻外,亦須攝食一些其他的有機碎屑,才能維持正常的活動力,因此主要生存在底質為泥沙的天然環境中。斑蜷腹足吸附力不強,體長1.8~2.2cm的斑蜷,最大吸附力約為0.52 gw。斑蜷的外殼並非揹著,而是貼在水域底部,故只有在移動時,腹足才需使力;呈流線形的外型可讓斑蜷在底部移動時,降低水的阻力。斑蜷爬行角度不可超過150°、水流強度不可超過20 cm/s,因此水利工程除須考慮底質組成,亦需考量牆面設計及流速。

『一顆老鼠屎,壞了幾鍋粥?』--探究三角組合圖形破洞後的剩餘三角形數

生活中,常常因為一個不小心,一段美麗的意外就此展開。 我們從三角形中的三角形個數計數開始。 計數三角形個數的過程中因為力道太大導致其中的一個小三角形意外地被搓破一個洞。並且發現計數時偶爾會有三角形是包含此被戳破的三角形。直覺告訴我們當任意戳破一個三角形時,剩餘的三角形數會有一個規律存在。經過一連串的抽絲剝繭與討論,我們終於找出這規律。研究過程之中,我們發現會有一些同樣的思維模式來解決問題。不得不說,數學的世界真的太豐富且無奇不有了。

分子天堂路

本實驗始於好奇的想法,我們因為想知道怎麼檢測DNA產生很大的興趣,若把非極性物質加入電泳基中,分子分離的效果是否會更明顯?以此想法作整個實驗的主體開始研究。然而,過程中遭遇許多挫折,我們找不到可以支持的相關資料,所以在實驗的建立上須嘗試自己解決問題。從數據上分析,不管是洋菜膠還是蛋白質電泳,加入六個碳數的物質(葡萄糖)後,小分子分離效果更優異,所以在進行電泳分離物質時,加入葡萄糖能使分離的效果更明顯。我們也發現此效果有一定的限度,加入16~18個碳的物質(PEG 400),結果和預期不同,雖然我們無法精準測出不同物質的最佳碳數,但我們證明了兩點 1. 加入非極性物質能使電泳效果更佳 2. 使用非極性物質的碳數有一定的上限。

原來她四處流竄

我們利用遞迴式求n個不同球放入k個相同箱子的方法數,得到形如巴斯卡三角的數值表,並發現在遞迴關係裡求得的數與落階乘多項式的係數恰好相同。 接著我們將形如巴斯卡三角的數值表轉換成矩陣表示,求出其反方陣,此反方陣竟然是Stirling numbers of the first kind;再將反方陣中的元素取絕對值得Stirling numbers of the second kind;Stirling numbers of the second kind表中的第n列第x行的元素,竟是將n個人分成x圈的方法數。 接著我們找出: Stirling numbers of the first kind與調和級數的關係式、Stirling numbers of the second kind與Pmn的關係式、Stirling numbers of the second kind與Cmn的關係式及Stirling numbers of the second kind與Hmn的關係式,並利用數學歸納法與gamma函數證明上述關係式;並尋找到響鈴數字與n個不同球放入k個相同箱子的方法數的連結。

「冰」消瓦解-洋流對浮冰的影響之探討

洋流亦稱海流,是具有相對穩定流速和流向的大規模海水運動。惟有在陸地沿岸,會因潮汐、地形及河水的注入等影響其變化。在平靜的海面底下,正在不停的流動,把極地的冰山,推向各大洋,我們的研究有關於洋流、浮冰。發現洋流流速越快,冰山溶化越快,軌跡的偏移率也較高;而洋流管徑大小、流量對浮冰則沒有太大影響;洋流深度越深,流速越慢,溶化越慢,偏差率越高;浮冰越大,溶化越慢,偏差率也越小;洋脊距離越近,偏差率越高,洋脊夾角在60o時偏差率最高。實驗一.(一)、實驗二、實驗三、實驗四的結果可利用最少的資源找出冰山的軌跡,以警示正在航行的船隻。

「冰清玉潔」 --- 「結冰法海水淡化系統」的設計

本報告研究加速結冰的容器與分析結冰、解冰過程,盼以高效能結冰容器進行海水純化,幫助解決水資源缺乏。依實驗結果提出建議:1.海水前處理:(1)溫度50℃到60℃時製冰效率最高。(2)海水稀釋至濃度1%,結冰速率最快,但涉及解冰實驗後發現,濃度高低(2%-5%)對海水鹽分影響不大。2.結冰容器設計部分:(1) 容器中段與底部是最佳溫差的接觸區。(2) 細長狀容器設計為佳-上方80%絕熱區,下方20%面積為吸熱區。(3)在容器中添加與開口面積比例25%之金屬凝結棒更能幫助海水傳導與對流。(4)採用上述設計的結冰容器,其結冰效能比不設計(對照組)高出6.72倍。3.解冰部分:(1)解冰範圍對水質鹽分無影響。(2)解冰時間越末段的水質鹽分越低,時間末段80%-100%的水鹽分可作為家庭生水使用。

搞什麼?多酚不再變色!—探討草酸對抑制水果多酚變色的研究

本研究探討草酸抑制多酚變色的效果,我們將各類易氧化褐變水果,浸泡於不同濃度的草酸水溶液中,觀察水果變色程度,並將變色結果與水果在空氣、水、食鹽水等條件下進行比較。 由實驗發現一:草酸在低濃度溶液中,便有抑制延緩水果變色的效果,其中尤以香蕉皮、香蕉肉最有效抑制。發現二:草酸的近強酸性,使浸泡在草酸水溶液(約pH=1.5)中的水果不會發霉,而在空氣、水、食鹽水等條件下的水果則發霉。我們歸納重大實驗發現三:草酸可以替代雙氧水使用於水果抑制變色,保鮮、保存上值得推廣應用,其中香蕉皮、香蕉肉最有效果,很值得優先推薦於產業界與商家。在研究草酸食用安全性時,發現四:水果浸泡於低濃度0.1克草酸水溶液(約1%)時,適量食用是安全的。

「管 淨 」自然涼 --- 隔熱隔音簾的設計

為解決教室拉窗簾而變昏暗的問題。我們運用透明吸管製作管簾,透過煙霧、光照及共鳴音量測試,尋找最有效隔音、隔熱及透光的管簾設計。實驗結果:1.管徑越小,對流越快。2.管簾太長,對流會變慢,最佳管長是120cm。3.受熱位置越低對流越快。4.吸管材質吸熱量太大時,會造成室內溫度升高,須增設屋內地板進氣孔及室內屋頂管簾排氣孔,促進室內排熱。5.入射角0度時管簾噪音隔絕效果最好,但吸管會產生共振。6.建議吸管內塗上深色油漆或貼布簾,可提高吸管上下溫差又可吸震。7.管簾連接處及裝設位置都需加橡膠等彈性材料介面,降低管簾對噪音的共振現象。未來可應用在改良玻璃帷幕大樓成為「透光通風降噪」的環保綠建築。