全國中小學科展

國中組

震能共舞-減震和隔震裝置與地震動能發電之研究

本篇研究主要討論減震及隔震裝置是否能在減少地震災害的同時,還能有發電的潛力。我們分別設計了減速馬達隔震裝置、電磁類雙彈簧調諧質量阻尼器進行實驗。前者透過加裝減速馬達以及不同齒輪齒數等因素,在能減震的同時提升發電效果,當外齒輪為36齒,且加裝復位彈簧時,在448gal加速度下,建物最大加速度能減少13%,並且能達到1.5mW的發電效果。後者的實驗中,我們認為電磁線圈及磁鐵兩者間距以及擺長的組合,將對建物產生不同的減震效果。實驗中在134gal加速度下,12.5cm擺長搭配與1cm的線圈間距,能夠降低51%的頂樓加速度,並達到2.9μW的發電能力。透過量化裝置發電能力後,也判斷整體來說減震效果與發電量關係不大,但與類雙彈簧系統上下板的間距有關。

廢熱!啟動!節能從廚房開始!

根據本研究問卷調查結果,顯示本學區內約有58%家庭藉由將水煮沸再放涼的模式來製造飲用水,因此從節能減碳的角度上,探討如何回收熱水降溫所釋放出的熱量將有助於環保。本研究運用熱水散失於環境中的廢熱來提高冷水煮沸前的溫度,以減少後續加熱所需能量。於實驗中發現縮小容器體積與熱管長短搭配,並在隔熱裝置及冷熱水鍋之間加上鋁箔罩效果最好,可在1小時內節省超過43%的能源!甚至只需15分鐘就可節能30%!最後,利用能源採集技術設計可自我供電的低功耗IoT使用者介面,實時監測水溫狀況,再透過機器學習方法,提供預估的熱交換等待時間的功能,最後將訊息以Wi-Fi傳至手機APP中顯示。

植酸的氧化還原之探討

本研究以植酸為研究標的,探討植酸的氧化還原反應.實驗利用過錳酸鉀作為氧化劑加入硫酸和植酸,使過錳酸鉀由暗紫色轉為無色。無色過錳酸鉀顯示植酸能在硫酸作用下發生氧化還原反應。這次實驗可分成三個部分,第一部份檢測植酸和過錳酸鉀發生氧化還原的反應條件;第二部分利用分光光度計測量反應中過錳酸鉀的吸光度,以其數值判斷反應時間,再以分光光度計測量固定時間內過錳酸鉀的變化量(透明度),藉此進一步探討植酸與過錳酸鉀和硫酸在不同情況下的反應情形;第三部分深入探討過錳酸鉀與植酸反應的中間產物與可能生成物為何。

「優」然而「生」--探討隨手可得的優酪乳與碳的發電情形

本研究以鋅和備長炭當電極並以優酪乳當電解液作為研究對象探討其發電原理。從發酵實驗中得知優酪乳的發電情形與pH值無關而是受到微生物的生長量影響,在破壞微生物的電子傳遞鏈後電壓電流下降,且能透過餵與乳酸菌牛奶後能提升其電壓電流,由簡易方式能證明優酪乳內有放電菌參與發電反應,且其產生的電流是柏克萊團隊研究的兩倍。在增加氧氣的實驗中得知氧氣能緩和電壓電流的下降趨勢,且我們證明優酪乳在放電16小時後含有0.5mg/l(ppm)鋅離子,代表鋅會放出電子。本研究成功證明優酪乳發電同時保有空氣電池及微生物電池的特性。

「颱」客強強滾

本研究採用聯合颱風警報中心(JTWC) 2011-2020年衛星觀測資料,探究西北太平洋颱風快速增強(Rapid Intensification, RI)現象。研究發現並非所有颱風都會經歷RI現象,秋季(9月-11月)颱風伴隨RI現象發展的比例較其他季節高。颱風最活躍的6至11月,強颱的生成與發生RI的現象具高度正相關。聖嬰現象發生期間,有更多強烈颱風的生成,發生RI現象的強烈颱風也相對較多。RI現象最主要出現於颱風的發展期,其次才是極盛期。最後,以天秤颱風、卡努颱風進行個案分析,發現RI期間出現颱風眼隨強度增強而愈來愈清晰並趨於正圓、螺旋雲雲帶與颱風中心對流雲系發展迅速、颱風結構也愈接近對稱等現象。

輕功水上漂之驚濤駭浪

水黽在水面上自在地的滑行,就想探索動態水面的表面張力。先設計用懸掛式的方式來測量表面張力,發現寬度愈大,可承載的重量越大,若加計沉陷的壓力差,則表面張力趨於一致。再測量兩根線接近時的承載力,發現距離小於 5mm,承載的重量隨距離的減少而減少,超過後則沒影響。當波前與壓克力板的方向平行時,在波谷時的向上加速度最大,此時水的表面張力不足以拉上壓克力,就會沉沒。波前與長邊垂直,當波浪來時,表面張力將前方向上抬升,後方要往下降,卻受到的表面張力的阻止,所以容易沉沒。推動鋁線快速前進時,鋁線前後方向上分力減少而沉沒。所以鋁線與前進方向垂直的比例愈多,最大前進速率愈小。依此做出表面張力移動底盤。

眼見不為憑~ 探討中央漸層色彩對相鄰色塊視覺及拍照之影響

本研究在康士維錯覺的基礎上,進一步探討中央漸層色彩對其 相鄰色塊影響之行為,並與相機拍照加以比對。首先本組設計不同中央漸層變化圖片,讓20位受試者進行顏色辨識測試,結果發現中央漸層的色彩不僅會對兩側色塊的明暗產生影響,連本身的色彩也會看起來不一樣。再以相機拍攝設計好的圖片,將其存成RAW檔的格式,再以image J程式分析其顏色變化情形,經分析後發現:1、靠近中央亮區一側的色塊確實會變比較亮;2、相鄰兩色塊連接處都會互相包含彼此些許的色彩;3、兩側色塊的顏色會因中央漸層色彩的形式而有所影響,此外、比較兩者結果,具有一致性的發現意謂著康士維錯覺不僅僅只是大腦解讀造成的,還掰和光學及影像處理等問題。

北極地區河口水體自然對流現象之實驗探討

本研究旨在探討北極地區河口水體之自然對流現象,並解析其特殊羽流形態與形成機制。我們調配不同濃度的食鹽水模擬海水與河水進行實驗,使用壓克力水槽建置鹽水與淡水的對流環境,以模擬河海交界處河水與海水的交互作用情形。此外,利用注射筒與自製水槽模擬河水局部對流形成羽流(Plumes)之情形,並測定不同鹽水濃度的羽流之流速。實驗結果顯示,鹽水與水之密度差較小時(鹽水鹽度小於20 psu),對流速度較慢且較易形成穩定蘑菇狀羽流;反之,鹽水與水之密度差較大時,對流速度較快,容易產生不穩定蘑菇狀羽流。

青春痘檢測系統

本研究旨在使用深度學習技術製作青春痘的檢測系統,系統中包含了青春痘檢測、油性偵測、專家回覆系統與趨勢分析等四大子系統。在系統開發後,接著做使用者實用性分析,本團隊與皮膚科醫師合作,藉以評估青春痘檢測系統的模型準確率。在第一次評估混淆矩陣中得到57%的準確率,而後又再重新取樣,得到75%的準確率。在油性偵測部分,使用吸油面紙後得知其吸油面積的油性佔比。專家回覆系統是以Mistral 7B語言模型製作而成,幫助使用者了解青春痘的相關資訊;最後依醫生建議的皮膚修復週期為期三個月,過程中進行4次的評估。本系統會向使用者呈現最近4次的趨勢圖讓使用者與醫師均能了解皮膚的修復狀況,因此本系統為一套完整且操作簡便的自我檢測系統。

探討特定因素對馬倫哥尼效應的影響

本研究探討乙醇水溶液滴入沙拉油中之液滴分裂行為,分析液滴滴落高度與有限邊界對液滴分裂行為影響。研究液滴擴散最大、分裂完成與分裂後兩分鐘的最終狀態,並修正反應時間模型。結果顯示,滴落高度越高擴散範圍與分裂液滴數量增加,最大擴展直徑呈U型變化,反應時間於中間高度(約10cm)出現局部最小。邊界越大時分裂更完整,液滴平均面積較小,邊界過小則影響母液滴為維持最小表面能而收縮、分裂的速度,使反應時間增加。首次提出液滴內縮機制,觀察到液滴分裂未完成即出現內縮(TypeII現象),由乙醇與水揮發差異導致擴散接著內縮形成圓環,為文獻未提及之新現象。整體結果補充液滴分裂行為,未來可應用於微流體與表面張力相關研究。