全國中小學科展

國小組

煮泡麵「粉」有趣—探究類沸騰現象

粉末的類沸騰現象在烹調過程中常會造成許多困擾!本研究發現許多常見的調味料粉末與麵條都會產生類沸騰現象,此現象應列入生活安全教材,提醒大家在烹調過程中,投入調味料的時機是達成安全烹調的關鍵。首先我們使用imageJ對類沸騰現象進行量化數值,在AI浪潮下,借助ChatGPT,我們完成了類沸騰比值的Python程式碼。研究過程中,我們發現溶液酸鹼性及鍋具蓄熱能力都會影響類沸騰現象,藉由此特性我們利用類沸騰現象來推算溶液PH值,自製PH計,相較於廣用試紙,它可以提供數據資料表達溶液酸性程度;同時,利用類沸騰現象跟鍋具的蓄熱能力相關性,對於一些新型複合材料的鍋具,亦可以利用類沸騰現象進行鍋具蓄熱能力的驗證,理解廣告行銷術語的正確性。

農夫的打豆農具—連枷

老師說了一個用打豆的農具來敲打豆莢,取出豆子的故事,故事中最引起我們注意的是「打豆農具—連枷」。我們利用竹竿、木條設計小型的「連枷模型」器具,實際操作後,發現連枷的長、短竹桿是同步運動的,也知道自由落體的運動使連枷的短竹竿產生重力轉動。 我們利用小型的摹擬連枷工具,探索擺動桿和敲擊板間產生的撞擊力,發現當敲擊板和擺動桿之間的夾角越大,撞擊的力量越大;當敲擊板的重量越重,長度越長,敲擊的力量也越大;而且重物從越高的地方掉落,撞擊擺動桿,使敲擊板產生的力量也會越大。最後我們利用「小型摹擬連枷工具」來敲擊堅硬的食品,真的可以敲碎,幫助了全口假牙的爺爺,可以高興的吃到喜歡的食物。

欲速,〝渦〞可達!

本研究主要探討,定向水流作用於水面下擋體時,在前方形成渦流的變化情形。我們模擬溪流中岩石堆疊,並自製水壓觀測儀、壓力點推論模型、水流強度測量裝置來觀察和驗證,找到穩定形成渦流的環境條件,也發現渦流讓流速變快的秘密。研究結果如下: 一、四種產生自由渦流的岩石排列中,阻擋型渦流出現的位置最集中且固定。 二、阻擋型渦流的產生是因為兩側擋體製造了加壓點,讓下方水快速轉動,形成雙渦合流。 三、水流速185cm/s以上,阻擋型渦流平均持續時間和間隔時間比大於15:1,穩定出現。 四、水位與岩石高度比會影響阻擋型渦流穩定性,比值在1.86至2.14之間時,表現最佳。 五、阻擋型擋體的夾角在120度時,產生最大的水流強度,達到4.22倍的增益效率。

「膜」力淨水---探討包蚵殼粉的晶球化膠膜在清除磷酸鹽的研究

本研究探討利用含蚵殼粉的海藻酸鈣晶球去除水中磷酸鹽的可行性。我們設計正向與反向晶球,加入不同重量蚵殼粉,觀察其對磷酸根的去除效果。實驗使用RGB比色法建立檢量線判讀磷酸鹽濃度,自製Arduino微型電導度計,追蹤即時離子變化,數據與EDTA滴定一致。反向晶球(4克蚵殼粉)於50分鐘內達80.8%去除率,優於其他組。Ca²⁺濃度變化為磷酸鹽反應指標,呈先降後升趨勢,初期與磷酸根結合沉澱,後期因磷酸根減少而釋放量累積。推估晶球在1至12小時期間可去除約0.007 mmol/L磷酸根,具後續吸附潛力。另外,透過煅燒法與CO₂排水集氣法反推分析蚵殼粉中CaCO₃純度,約為81.8%。證實晶球具化學沉澱與物理滲透雙重機制,具水質淨化與教學應用價值。

「茶」顏觀色,原來「乳」此

小茶種紅茶是我們家鄉的在地物產,結合學校課程特色,探究不同重量、不同季節和不同品種的紅茶沖泡出來的茶湯,發現經過冰箱冷藏後,僅有一部分產生茶乳現象(Tea Creaming),還發現溫度回升後會恢復清澈茶色。透過物理光學觀測試著找出茶乳現象的臨界時間,此時所對應之環境溫度、茶沖泡濃度與茶品種關係,預計未來能夠作為評斷好茶的一種輔助工具。 研究中發現,不是所有的茶都會有茶乳現象,只有觀察到紅茶會產生現象。其次,觀察到茶乳現象之紅茶濃度需足夠才會產生茶乳現象,其中觀察到夏茶產生茶乳現象明顯、冬茶則無。最後透過不同茶種,觀察到小葉種紅茶會產生現象,大葉種紅茶則未觀察到。期望讓品嘗紅茶的愛好者,未來多一個紅茶能夠參考其價值之依據。

倚「天」屠「龍」記-一種綠色經濟型替代保麗龍材料的研究與開發

傳統的保麗龍材料在製造過程中會釋放出有害的化學物質,並且無法有效地回收和再利用。本實驗使用天然材料製作的替代品更加環保和可持續,因為它們可以降低對石化原料的依賴,並且可以被自然分解。我們採用了一種新的製造方法,研發用最經濟的飼料硬質玉米和高粱加熱爆裂後,作為填充材料,並使用聚乙烯醇和硼酸作為黏著劑。這種方法適用於製造可避震、防火隔熱的材料,除了減少對石化原料的需求,也降低了製造成本。此外,我們還用了蛤蠣殼粉和無毒的清潔劑成分的無患子萃取液,這些材料都比保麗龍更加環保。本組產品呼應全球ESG永續行動,它可以減少包裝材料對環境的污染和傷害,同時具有更好的可持續性,為地球的永續循環經濟盡一份心力。

如「膠」似漆~探索傳統染料-蟲染的生物秘辛

植物染一直是大家耳熟能詳的傳統染色技藝,而昆蟲染色技藝卻鮮少被人知道,其中,原產於臺灣的紫膠蟲正是生活在你我周遭常見的果樹害蟲,但也是為傳統昆蟲染之染料來源,卻很少被人注意的物種,因此,本研究針對在地物種-紫膠蟲進行研究,探討紫膠蟲在野外的棲息環境,並透過室內飼養觀察紫膠蟲的生活史與蟲膠萃取,藉以了解蟲染的物質特性。實驗結果發現,紫膠蟲喜歡寄生在透光率低,且溫、濕度適宜,樹枝直徑為5.34mm的老樹枝條,寄生平均高度為3.135公尺,蟲膠厚度越厚,顏色越深,厚度由大到小依序為暗紅色、橘黃色與紅色,經過萃取蟲染發現,熱水萃取比酒精萃取有較佳的濃稠度,蟲染與花青素相似會受酸鹼影響,未來能推廣應用於相關染料產業。

皇宮聚膠綠電池

翠綠的皇宮菜葉所含葉綠素可以拿來發電,這引起我們興趣。本研究自行栽種皇宮菜,以它為自製綠電池的材料,且降低葉片選取上所形成誤差。首先,以伏打電池形式,嘗試找出有最佳發電效果的葉綠素萃取液,萃取方式上將葉子撕成1/2,乾燥後浸泡50%酒精,在暗箱中萃取出葉綠素;葉子則選擇光照足、成熟、綠色、無蟲害的來進行萃取;將葉綠素萃取液配製成75%,靜置後可以提升發電效益。研究最後發展自製出皇宮葉綠素電池和皇宮葉綠素果膠電池,各電池形式都可以讓LED燈發亮。自製葉綠素果膠具有成膜性、吸附性、溶解性和降光解等特性,讓葉綠素果膠膜比較好攜帶,延長葉綠素保存時間,避免被光解破壞,加水就能發電,增加電池應用性,和提高發電效益。

霧裡看花—探討不同因素對眼鏡光暈現象的影響

本研究想了解不同因素對鏡片上光暈現象的影響,並利用光暈型態的不同模擬大氣現象。 我們以霧(水)、鏡片、光這三個因素來探討集霧秒數、鏡片度數、燈泡種類和水珠大小對光暈現象的影響,並利用自製集霧裝置將霧珠附著於鏡片上,利用相機拍攝產生光暈,比對光暈現象的色彩鮮明度及對比度。 研究結果發現:當集霧秒數1-5秒,水珠大小介於 0.05 mm 到 0.12 mm間,使用LED燈泡和400 度鏡片,較能呈現明顯的光暈型態(對比度高)。當水珠大小為0.06 mm時能製造出「華」;水珠大小為0.12 mm時能製造出「暈」;水珠大小不均時,則會出現顏色不均勻的「華」。

走進群山百岳,別小看氣溫劇變~我與玉山的溫度距離

百岳玉山氣溫和平地相較如何?實際登上高山後,深刻體會到高處不勝寒。 「高山地區的氣溫,隨著地形高度的上升而下降, 高度越高,氣溫便下降愈多,平均每上升 1000 公尺,氣溫約下降 6°C。 」我們想深入研究臺灣平地與高山的實際氣溫差異是多少?以近十年臺灣13個平地與玉山氣象站做氣溫分析。 根據分析的結果,平地與玉山氣象站間,近十年每1000公尺下降平均溫度為5.00℃。一年之中,以7月(5.47℃)溫差較大,12月(4.53℃)溫差較小。不同季節氣溫遞減率由高到低依序為:夏天(5.43℃)、春天(5.05℃)、秋天(4.96℃)、冬天(4.61℃)。依北緯23.5度劃分,以北為4.81℃,以南為5.22℃。