生活與應用科學科

由於納莉颱風造成了嚴重的水災，引發了身受其害的我們，想研究堆沙包防水的念頭。於是我們利用自製的小型沙包（約一般沙包 1/25 的大小），分別將沙包對齊排列及交錯排列，再搭配倒半圓形、半圓形、長條形、倒 V 字形、V 字形五種沙包堆成的形狀，並嘗試使用兩種碎石子、建材所使用的沙、海沙、及土五種材質的沙包，以及由米袋、布、塑膠袋材質所製成的沙包袋，以固定的流速及水量進行實驗，期盼藉由觀察記錄沙包滲水的情形，以找出防水效果最佳的方式。在經過不斷的實驗後，我們發現：將沙包交錯排列會比對齊排列的防水效果來的好；而沙包所堆成的形狀以長條形的防水效果較佳。至於沙包裡所使用的材質，則以一般建材所使用的沙與土的防水滲透效果最好。而沙包袋的材質，以塑膠袋所製成的沙包，其防水狀況為最佳。

由實驗得知在濃度高與電壓大的情況會產生水的電解， 利用指示劑檢測可知電解時電極的兩端有不同的酸鹼變化， 正極為酸性、負極為鹼性。因為電解時需用到電， 於是我們想設計一個電路玩具， 在通電後可以產生水的電解， 並且會產生酸性或鹼性來讓指示劑變色。這個研究製作出來的電路玩具就是可拿來寫字或畫圖的畫板， 根據電解水時酸鹼性變化的原理以及利用電流形成通路所完成的一件作品， 經一連串的改良與修飾後成為超可愛的海綿寶寶畫板； 在畫筆接觸畫板的瞬間會形成電流並產生水的電解， 還可以利用正、負極轉換開關的切換來控制畫筆的正、負極， 以產生酸性或鹼性， 這樣就可以在沾有指示劑的畫布上寫字或畫圖， 讓畫布變色。而且我們尋找出適合在畫布上作畫的天然指示劑， 不同的指示劑在來電時會顯示出不同的變色效果。

硼砂水+膠水後混和出來的「彈力球」是小朋友最喜歡的玩具。他不但很有彈性，而且可以任意變形。「矽膠墊」是許多機器的保護套，它能減少機器的碰撞。我們將一些廢棄植物渣加進硼砂水和膠水，製成植物渣軟塊。並用矽膠墊裡的矽膠來進行實驗比較效果，透過墜落、加熱、黏性、無毒、載重、反彈、酸鹼以及隔音等實驗。發現許多植物渣軟塊和矽膠的結果各有所差，讓我們一起「彈」出新發現吧!

在自然課中學到二極電動機的組裝，認識到電與磁的交互作用會產生動能的概念，我們開始改裝軌道車的三極馬達，經由改變線圈的纏繞方式、線圈的圈數、線圈線徑的粗細、磁場的強度……並在軌道上實際路跑來印證如何使車速變快？如何加大扭力？如何增高穩定性？使原先只知道休閒玩車的我們，進而享受到改車的樂趣，使軌道車跑出高速與最佳性能。而且我們的研究很環保哦，所有的馬達心都是回收得來的，不必花一毛錢；在老師的指導以及軌道車玩家的技術切磋下，有很多理念結合在我們日常生活中，例如：了解不同的馬達適用於不同功能的電動機械上……促進改良環保電動車，使它更方便使用與普及化….. 還有好多小發現可以應用在日常生活中，使我們的思考就像我們的愛車一樣更靈活更有爆發力。

零錢會滾動，輪子也會滾動，日常生活中許多物品都會滾動。透過滾動的研究和實驗，我們發現圓的物品都可以滾動；重量、直徑、長度、表面粗細不同的物體滾動的快慢也不一樣；有些物體在滾動時還會轉彎，例如杯子和雞蛋。從這些發現之中我們可以設計一個不容易滾到地上又好用的杯子。

本研究之目的在於想了解如何提高光的能量與太陽能板效率可能的方法。我們利用了鹵素燈、燈泡、LED燈、放大鏡、溫度計、三用電錶、太陽能板等簡單器材，設計一些簡單的實驗。發現利用「放大鏡聚光」或「增加反射」雖可提高太陽光之照度，但當接上太陽能板與LED燈後並沒有提高LED燈之亮度，除非加大放大鏡或反射鏡之體積、然而，我們發現當太能板隨時與太陽光保持垂直時，太陽能板之效率最佳，而且變化更明顯，因此設計出適當減速比之變速箱來追蹤太陽光之光線，使太陽能板隨時與太陽光保持垂直，讓太陽能板之效率提高至最大，尤其北台灣天氣常處在陰天的天候下，可能因太陽光照度不夠，無法完全輸出太陽能板之效率，此時更有需要找出有效地方法，來提昇太陽能板之效率。

在不斷的嘗試之中， 我們尋找到了合成生化柴油時的最佳比例， 也就是若以2 5 0ml 的回鍋油製作生化柴油時， 建議加入的酒精在2 5～ 4 0ml 之間為宜(回鍋油與酒精的比例在6 . 2 5 ~ 1 0 之間)， 且氫氧化鈉僅需1 g 即可。另外， 在生化柴油的生活應用上， 可將製作出的生化柴油當作油燈的燃料； 在燈芯方面， 需要選擇吸油性較好的物質來製作， 才能吸上足夠的油來燃燒。也可以將柴油混和蠟油， 做成各式各樣的蠟燭喔！

運用電流磁效應的原理，使強力磁鐵磁浮在繞著線圈的試管中，來測量線圈的疏密、漆\r 包線的粗細、圈數、試管的口徑、磁鐵重量、個數和流經線圈的電壓、電流之間的關係。\r 藉由實驗結果來定量測出電與磁的關係，並得到線性圖形，提供驗證電磁理論。由磁鐵\r 重量和電壓之間成正比的關係，發展出可測量重量的磁力秤。經過不斷的改良，不但增\r 加自製磁力秤的準確度，由於花費不高，且方便攜帶可以作為小重量物品的簡易量具。

傳統的太陽電池大都是由矽、及I-VI 族的砷化鎵製成。除了製作程序步驟繁複外，亦需極昂貴的儀器設備，對高中生研究環境來說算是很難達到的。所以本實驗採用較簡單的凝膠方式製作太陽電池薄膜，而且採用現在最熱門的TiO2 奈米材料製作太陽電池。本實驗之太陽電池曾在早期將TiO2 粉末製作成凝膠太陽電池薄膜，除了在數種不同光敏物質添加研究外，而這次本研究採用較新式的TiO2 酸性溶液為電池製作的主要材料，其間的差距在於實驗過程中添加了噴塗酸性溶液的濾網，使產生光電子的容納空間增加許多，產生光電流效率因而提升甚多。 另外本研究一種較創新的設計是將TiO2 凝膠薄膜(thin film)長時間退火所產生的缺陷(孔洞，void)變化。由退火時間加長及退火溫度提高可知TiO2 凝膠的空洞皆變大且減少甚多。如此本實驗太陽電池的照光電流亦提升甚多。退火後凝膠型太陽電池最大光電流可達80μA，酸性溶液太陽電池最大光電流可達90μA。退火前後的孔洞變化可經由光學(OM)、電子(SEM) 顯微鏡加以觀察TiO2 凝膠薄膜表面的孔洞變化，另再配合孔洞密度計算測試(void density estimate， V.D.E.)去定量記錄退火前後的孔洞改變。本實驗TiO2 凝膠薄膜孔洞密度約為 7~9 x10E12 /㎡，最適當的退火(含退火時間、溫度適當控制下)下，孔洞密度可降至 6 x 10E11 /㎡ 以下，如此使奈米TiO2 太陽品質提升不少。

我們都知道數位相機如果畫素越高，檔案也將越大，將一張百萬位元的照片傳輸到網路，往往很耗時。根據本研究數據分析，發現將原檔轉成其他格式儲存時，雖然檔案大小會隨著不同格式變大變小，但總畫素卻不變，其中jpg檔最小。此外，24位元bmp 、png或tif檔的畫素及色頻的分佈皆相同，雖然jpg檔有變化，但與低位元的bmp以及gif檔相比，jpg檔很接近原來的分佈圖，進一步將原檔壓縮，發現壓縮並非線性改變，且壓縮比50以下，畫素及色頻有明顯偏離原始分佈的趨勢，將檔案壓縮至50左右，不僅視覺無異，還可省下80％以上的空間，所以在日常生活中，相片檔的存取及網路的傳輸，以jpg和壓縮比50存檔是一個很好的選擇。