全國中小學科展

國中組

「離」家出走

利用通入外線圈的電流造成外磁場,並通上內電極電流。離子受到磁場和電流的影響,會在觀測槽內形成圓周運動,放入標定粒子觀測其移動情形。改變硫酸銅水溶液的電解質濃度、內電極電壓、外線圈電流,觀測並記錄離子移動速率、電導率、莫耳電導率的變化。 實驗結果顯示:第一、濃度越高,電導率越高,造成離子移動速率越快,但換算成莫耳電導率時,因為濃度越高,離子間的吸引力越強,莫耳電導率就越低。第二、內電極電壓越高,電導率越高,離子移動速率同樣也越快,而因濃度相同,換算成莫耳電導率時,同樣也越高。第三、外線圈僅提供磁場,使勞倫茲力增加,但幾乎不影響溶液之導電程度,使離子移動速率隨之增加。

『銀』在起跑『線』~探討提升第二代自製可撓式染料敏化太陽電池效能之研究

為提高耐溫性、製程需求等因素,選用PC薄膜為可撓式基材,製備第二代可撓式染敏太陽電池建議條件,負極:PC/導電膜/TiO2/紫羅蘭/奈米銀線,正極:PC/導電膜/少層奈米石墨烯第一層組合。塗佈奈米銀線提升導電性,降低電池內電阻,使二代自製電池效能提升。加入水溶性幾丁聚醣於電解液,製成糊狀電解質,改善電解液易滲的問題,延長電池工作時間。串聯3-4組二代自製電池,可驅動數位時鐘及計時器,增加其運用性。自製可撓式光量子點4層之太陽電池,其效能與第二代自製可撓式染敏太陽電池相近。

雙軸控制太陽位置追蹤器之研製

本文首先討論如何將太陽光源空間位置轉換成對應的直流馬達驅動訊號的思考邏輯流程。接著進行太陽能板與光源距離的平方反比實驗及光照強度相對於不同入射角的光照強度變化實驗,藉由實驗證明太陽位置追蹤器的功能可以提高太陽能板的平均發電效率。再來依據前述的訊號轉換及控制邏輯流程,分段實驗及製作各部份模組,再組合成雙軸控制的太陽位置追蹤器,最後利用已結合機械旋轉控制系統的雙軸太陽位置追蹤器進行測試。

光彩奪「木」—探討不同變因對透明木特性的影響

我們查詢綠建築資料時發現可製造「透明木材」當環保建材,但相關資訊大多是介紹如何做出成品而沒有定量討論不同變因的影響,因此我們開始設計實驗探討不同因素會如何影響透明木的特性,並可將結果拓展至應用層面來推廣此綠建築材料。 實驗發現鹼性亞硫酸鈉法中的氫氧化鈉與亞硫酸鈉是以不同的反應機制分別將木片中的木質素溶解出來,濃度越高、溫度越高效果越好,但氫氧化鈉濃度或反應溫度過高都會有反效果;以極性質子性的醇類當溶劑效果最好,次佳為極性非質子性的丙酮;不同種類去木質素藥劑與木片填充物都可成功製出透明木只是成品特性不同;最後成功製出較厚的透明木得到較強的韌度與較好的隔熱率,為綠建築的應用增加更多可變性。

不是魔法!用紙中「膜」法創造風華絕「袋」— 以海藻酸鈉薄膜混合自製環保袋

海藻酸鈉水溶液和乳酸鈣水溶液混合後可形成具有韌性的膜狀物質,本研究嘗試利用此特性來製成可分解的類塑膠。首先我們嘗試於薄膜添加其他物質來加強其載重、耐受性,發現到若是在海藻酸鈉溶液中混入紙漿,即能有效增加其載重能力。而後檢核自製薄膜若是承裝不同物質時是否影響其性質,本研究發現鹼性物質會造成自製薄膜結構弱化,以致載重能力變差;溫度對於薄膜載重能力無顯著影響;而接觸油脂類物品,隨著接觸的油量越多薄膜亦呈現弱化的趨勢。考量到此薄膜要能自動分解,我們最終探討薄膜在土壤中的分解速度以及不同環境下的分解速度,相較於塑膠袋,自製薄膜在埋入土壤5天後多能看見部分結構分解情形,且若環境趨向鹼性,分解效率將會越佳。

牆壁裡的魔法-儲水袋溫度調節再利用系統

水,是人在生活中的必需品,我們會拿來喝、烹調食物、盥洗......等等。近年來水資源開始一點一點的減少,如何才能把水資源有效利用,是全球關注的議題。 因為水的比熱大,所以溫度不會有劇烈的變化,經過實驗證明,在牆壁裡安裝水袋可以隔熱,達到冬暖夏涼的效果,不僅省下沖馬桶的水費,且夏天的冷氣電費也減少很多。 儲水袋溫度調節再利用系統〔以下簡稱本系統〕的裝置為:洗澡水過濾後,灌輸進一樓牆壁間的水袋裡儲存,最後當沖馬桶的水。另一條的管線是接收雨水,匯流進二樓水袋裡儲存,最後當沖馬桶的水。 本系統再加上蝸牛式循環加熱器,即利用太陽能去發電促使水循環加熱,可以省下瓦斯或電熱水器的費用,做成一間節能屋。

矩形中無貫穿線之研究與探討

對於a×b的積木排m×n的矩形,矩形中不能存在貫穿線的條件是:a、b要為m或n的因數,且m、n均可表示成「ab+sa+tb」的形式,其中s、t∈N。 我們將這複雜的問題化繁為簡,分成1×2、1×b和a×b三類積木討論,而這三類共用了14個引理和10個定理,才歸納出結果。 R.L.Graham(原著) 提到,只要符合以下兩點: 「1' Each of a and b divides p or q; 2' Each of p and q can be expressed as xa+yb, x,y > 0, in at least two ways;」就能以a×b的積木排出p×q的無貫穿線矩形,但原著未解釋原因,本文給予證明。

當「尼可爾生」與「葛羅夫」相遇

我們三個國一生從「氫能車」的報導,感到好奇!先google一下了解相關資訊,決定研究並製作「氫氧燃料電池」,經過資料統整後,發現為何電極都用碳棒、或自製活性碳電極,用金屬做電極可以嗎?什麼樣的電解液最好?它的濃度大小是多少?影響「氫氧燃料電池」充、放電的因素有哪些?希望製作一個超強電力的「氫燃料電池」跟同學分享,也希望多學習一些知識,就這樣進入了探索與學習之旅。 經過一系列的變因實驗一至三探討,加上我們討論出的實驗四「留氫包氧」試驗,本研究的自製氫氧燃料電池的最佳電極條件為:正負極均使用『活化後碳棒3支+套不織布袋+裝填濾心內椰子殼活性碳4克』,反應器裝滿「2M氫氧化鈉水溶液」,可讓馬達運轉24分鐘。

轉生術 「青」春不老策略-探討使蔬菜回鮮的方法及原理

研究探討如何使蔬菜由失水狀態回鮮,透過自訂量化作法,發現植物回鮮是因葉柄角質層及切口吸水、產生膨壓。此外,細胞壁及維管束鞏固程度也會影響。改變溶液成分、溫度及浸泡時間,發現這些因子會影響果酸的親水性,造成不同回鮮效果。醋可使果酸的氫離子解離程度降低,穩定果膠羧基,提高親水性;糖可保水,但必須考慮糖、酸與果膠的含量;一價、二價陽離子會破壞氫鍵、軟化果膠,不利吸水。比較各秘方,發現噴2%醋溶液即可回鮮、若在室溫以醋水浸泡十五分鐘其挺立程度更超越原本新鮮時的狀態。當蔬菜因久置過度失水時,加長浸泡時間即可回鮮。各蔬菜回鮮效果不同,切口、角質層越大回鮮效果越佳,但蒸散也快,需以夾鏈袋放於冰箱保存。

原鄉蜻蜓夢 —時間停留術

實驗構想來自部落耆老童年玩具,從製作竹蜻蜓與發射系統,過程中嘗試解決許多實作上的問題,最後用手電鑽帶動漁網線,透過線和竹蜻蜓尾桿的摩擦力讓它本身旋轉。在它旋轉時打擊空氣分子產生康達效應,因失去能量而產生升力,當升力比它的重力加空氣阻力大時,它會慢慢脫離發射台,最終目標讓竹蜻蜓停留在空中時間最長。實驗中設計不同對葉片竹蜻蜓在尾桿纏繞線不同圈數下,觀察它停留在空中的時間,最後結果發現在穩定條件下,因為二對葉片具有比一對葉片大的升力,且比三對葉片輕之特性,所以二對葉片停留空中時間最長。此次研究不僅能讓實作加入物理基本原理,更能探究實務與理論上差別,且融入到原住民文化課程中,從中思辨出文化與科學的智慧。