生活與應用科學科

研究開發的「雲端智慧滴灌系統」，結合Arduino、環境感測元件、雲端氣象資料及滴灌系統，探討土壤水分蒸發模式及植物生長的用水需求。研究顯示，土壤濕度電阻值與土壤含水量，呈現非線性的正相關對應關係。而透過三種滴灌策略：單次飽和田間容水(A組)、定時定量(B組)、雲端智慧(C組)，得知維持小苗用水需求的萎凋點電阻值：青椒(450～500)、玉米(250～300)、A菜(350～400)、小黃瓜(400～450)。耗水程度：小黃瓜＞玉米＞A菜＞青椒；耐旱能力：玉米＞A菜=小黃瓜＞青椒。定時定量的給水策略易使植物面臨缺水萎凋的風險、或存在浪費水資源的疑慮，而採取雲端智慧滴灌模式，考量到未來天氣因素，機動調整給水量，能發揮水資源最大效益，並符合植物實際的用水需求。

最近同學間流行的開心炮，常造成校園內的垃圾問題，但也引起我們進一步去探討這兩種玩具的奧秘，及試著提出替代用品來解決學校的環境問題。首先，我們發現開心炮的內含物是由鹼性的白色粉末和一包酸性的透明液體所組成，藉由這二種物質的酸鹼中和交互作用來產生大量氣體，撐破袋子；其次，我們也發現小蘇打、檸檬酸和水混合後的自製替代物，比開心炮產生更好的效果；接著我們繼續探討影響自製替代物產生氣體之反應速度與反應威力的因素，我們發現水量、水溫、混合物比例都會影響氣體的反應速度與反應威力；最後，我們以自製替代物作為原料，製造許多有趣玩具，例如：自製開心炮、筆火箭與注射筒大砲等，並測試這些玩具的反應速度和反應威力。

漁塭防寒控制系統的研究動機與目的，是為了解決漁塭因寒流而造成養殖魚類凍死暴斃的問題，幫助漁民減少寒害損失。為了解決這個問題，我們想到了可以利用上課所學的數位溫度計，改良成溫度感測控制電路，配合加熱器與抽水馬達，將加熱後的熱水輸送至水中來調節水溫，以防止水溫過低而造成養殖魚類凍死。數位溫度計是以溫度感測器AD590 感測溫度轉換成電壓，由ADC0804類比轉數位IC 轉換成數位資料，再透過單晶片8051的處理後，輸出至七段顯示器，顯示溫度。漁塭防寒控制系統的溫度感測控制電路，AD590 溫度轉換成電壓改為10mV/°K，減法器減去0℃對應之電壓值更改為2.732V，再放大10 倍，修改單晶片8051的處理程式，除了顯示溫度外，當溫度低於A℃時，啟動防寒控制系統；當溫度高於B℃時，關閉防寒控制系統。A℃與B℃視養殖魚類的不同，可加以調整設定。

本研究主要目的為改善原本混濁不淨的校園水池的水質，在了解水池水質及外在環境後，依觀察結果執行水質改善計畫。首先觀察水池外觀、pH值變化及水生植物水芙蓉在水池不同位置、環境中的生長情形。由水芙蓉實驗可知，過強的水流或過度優養化的水質會影響其生長。由此在上水池自行建置一套水流較慢的濾水與魚菜共生系統、種植布袋蓮，來執行改善水池水質的計畫並觀察魚菜共生系統蔬菜的生長情形。由實驗得知，適量過濾的有機營養池水對於植物的生長提供了較佳環境。而經過濾及蔬菜、布袋蓮吸收、淨化後的池水讓水池的水質有明顯改善，變得較透徹且乾淨，使校園水池能成為一個可做生態教學且衛生無虞的生態水池。

本研究旨在探討影響旋轉燈籠旋轉速率的因素。研究過程是將一具有棉線、扇面的上紙杯與另一具有氣孔、蠟燭的下紙杯相結合，將蠟燭點燃，拉起棉線，利用對流作用，使兩紙杯共同旋轉，形成一個旋轉燈籠。我們分別以扇面、氣孔、蠟燭、棉線四項變因來規劃實驗設計，除探討各單項變因如何影響旋轉圈數外，更對各變因間彼此的交互作用作更深入的討論。結果發現，當扇面面積越小、角度越小、數目越多、蠟燭越長、燭芯越長、棉線越長、氣孔越多時，都會旋轉得越快。而各因素彼此交互作用下，仍遵守單因素之結果。最後得到旋轉燈籠的黃金比例：扇面長度 1.0 cm、寬度 0.3 cm、角度 10 度、數量 14 個；蠟燭長度 6.0cm、燭芯長度 3.0 cm；棉線長度 50 cm；氣孔數量 8 個。

\r \r \r \r \r \r \r \r \r \r 流場流速之量測在現今流體力學領域中是一項重要的技術，由流場流速之分佈可使我們瞭解流場的特性，從而印證各種理論所得結果之適切性。而由於目前量測流場流速之儀器設備皆相當昂貴，如須購置，對於學校而言是一項沉重之負擔，因此本研究想利用低功率雷射結合已經相當普遍之數位攝影機，產生數位影像後，再藉由影像處理軟體分析轉檔，最後由質點影像測速軟體分析，求得流場流速之分佈。由研究之結果發現【1】研究並拍攝水在攝氏90 \r 度時之流場流速平均值約為2.87×10-2m/s，大於鋁粉之沉降速度（1.64×10-3m/s）甚多，因此可視鋁粉為理想的可視化介質、【2】為避免變形計算誤差的產生，利用畫有刻度之投影片進行校正，可確保拍攝面與影像擷取裝置平行、【3】DV之每張影像間隔0.034 \r 秒，因此所得之流速可視為瞬間速度、【4】每兩張影像圖可分析出一張流速圖，由多張流速圖之動畫可清楚看出流速的變化、【5】熱水上方之主要流場為向外且產生渦流，而其餘之流場則較不規則。本研究結果雖在經濟性方面有其優點，但如能將雷射之功率提高、可視化介質反射率增大、攝影機之解析度提升，則完整性會更高。 \r \r \r \r

本系統是利用PLC控制，帶動與太陽轉動速度一半之機構，利用鏡子將太陽光反射至天花板，期望太陽光可以取代日光燈之機構。再者，可隨太陽光不同的入射角來做調整，而且利用光敏電阻控制電燈開關，當光線足夠時，自動關閉燈光，當光線不足時，自動開啟燈光，使教室照度合乎教育部規定之需求。藉以達成節能減碳之目的，並且拿來跟太陽能發電比較其經濟效益，發現本系統比太陽能發電好八百倍。

把水放在瓦斯爐上加熱，我們都知道水溫會上升，而且，鍋子的周圍也會熱熱的。我們的想法是將製作蛋糕的圈模圈在鍋子的外圍，使輻射出來的熱不會散失，而且，還可以使水溫上升的速度加快。結果，鋁合金的圈模吸收了大量的輻射熱而變燙，而且，沒有達到使水溫上升速度變快的目的。於是，我們又在圈模內包上鋁箔的方式，使輻射的熱反射回去，結果，發現它可以使水溫22度、1000毫公升的水，在五分鐘內平均水溫上升6度。這樣的結果不僅可以節省燃燒的時間，也可以達到節能的效益。

本實驗利用電池、電線、LED組成一簡單的迴路，並在迴路中連接一底片盒，底片盒中放置鋁箔球。利用點火槍，可以使電路由原先的斷路變成通路。改變底片盒中鋁箔球的數量、大小、並嘗試不同的金屬材料，研究點火槍與電路兩者之間的關係，希望能找出點火槍遠端搖控電路之秘密。

本科展作品，可說是將科學知識應用在探討飛行的一項研究。在活動研究過程中，我們不但對飛機的浮升能力產生興趣，除了能飛之外，並訂定一個目標，希望能將飛機的飛行距離，藉由適當的浮力（柏努力）設計，達到飛行更遠。為達到這個目的，我們在許多次的資料收集與實驗討論中，決定從（一）風的來源、風洞的製作、倒流板（穩定風的方向）、風洞的觀察等著手研究；（二）機翼的柏努力曲線：曲線高度、最高點位置、寬度、長度一直發展出最佳的機翼曲線。在實驗過程中，我們發現，飛機本身就是一個複雜的科學問題，因此我們除了考量上述因素（風洞、穩定風向、機翼曲線）之外，也將飛機的重心、升力中心為實驗操控變因，併入實驗來討論，最後整理出我們的數據與結論。這個作品不僅探討飛機浮升能力的各種變因，也希望能提供給對飛行問題及相關討論有興趣的朋友們一點小小的助益和參考。我們未來也將秉持著飛行的精神，永不退縮，繼續對相關問題做討與研究。