全國中小學科展

生活與應用科學科

「炮」「箭」齊飛

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。

挫冰大不同-探討影響冰晶的因素

我們曾看到某一電視台教人如何做出最漂亮的冰塊,原理就是:不要讓冰晶變得太大,方法就是延長冰塊凝結的時間,他們是把水放在保利倫裡面,讓保利倫保持水的溫度,用以延長凝結的時間。看到這報導不禁讓我們思考,是否增加冰塊的凝結時間,可以使冰晶變得比較小呢?那在在不同溶質的水溶液中,形成的冰晶有什麼不同呢?現在坊間流行的黑砂糖挫冰,有些是以冰加上糖水,有些卻是以黑糖水直接去冷凍,這兩者的口感不同,那麼冰晶有什麼不同呢?也許冰晶是讓我們吃的「挫冰」是否美味的關鍵吧?所以我們以不同水溶液的冰晶作為研究對象。

精油D.I.Y

由生活經驗及課堂所學結合在一起,自己製作時下最流行的「精油」。器材是使用生活中隨手可得的物品當作實驗器材,嘗試做到真正的 D.I.Y.。方法使用「蒸餾法」,經冷凝後收集水滴,再淬取精油。

霧網恢恢 「疏」而不「漏」-捕霧網的探究與應用

使用我們設計的捕霧裝置可以用來測定各種捕霧網的捕霧效率,發現網孔大小會影響捕霧效果,網孔太小會形成「水牆效應」不利於捕霧。另外複雜編織法的塑膠網捕霧效果較佳,不過隨著捕霧時間的拉長,捕霧效率會降低。捕霧網的層數對捕霧效率的助益不大,考量成本與效益,使用單層園藝用黑色塑膠網遮蔽率50%或60%製作捕霧網即可。風向、架設高度和風速會影響捕霧的效率,正對風向且捕霧網高度較高效率較佳,至於風速不可過慢,不然霧容易積聚在網子四周而不利集水,但風速過快也會使霧不及集結成水珠而無法集水。我們在嘉義隙頂做了捕霧網的實地測試,獲得良好的成效,證明在台灣某些特定地點因地形的微氣候,適合捕霧網的設置。

捷運Follow Me!Go

在捷運車站的建築中,將月臺、票卡閘門、出口設在不同的樓層,對殘障人士和老弱婦孺而言,搭乘捷運要上上下下、走來走去,非常不方便。我們透過實地調查和統計的方法,發現使用捷運站的電扶梯、樓梯、電梯、廁所等設施,或經各出口離開車站時,從第2車廂和第5車廂下車最方便。如果要轉乘的話,先分辨路線相交的方式,再掌握車頭的方向,就能順利轉車。這份研究結果可以提供殘障人士、老弱婦孺,甚至站務人員作為參考之用,協助弱勢者輕鬆搭捷運,快樂暢行大臺北地區。

「油」什麼差別?

探討不同濃度含氟樹脂對不同針織物(擦拭紙、尼龍布、不織布及碳纖維布)疏水疏油及油水分離的影響。根據實驗結果,含氟樹脂的添加能使不同針織表面具有超疏水疏油性及油水分離特性。針對以上結果,可以歸納以下幾項重點:氟比例的增加對於尼龍布液滴接觸角沒有顯著的影響,但當氟比例高到1%以上,其水接觸角皆大於160度以上。尼龍布具有次微米級的纖維,需添加較高比例的氟,才能達到疏水效果。相較於擦拭紙與不織布針織表面,尼龍布不僅分離速率快,亦可達到油水分離性能佳的優勢。因此,水的接觸角越高,油的接觸角越低,水與油的接觸角差異越大,此油水分離膜的效果越佳!而碳纖維厚度越厚雖然有利於疏水性能提升,卻使得分離速率慢且由水分離性能效率低。

“天染”的最好

我們以咖啡渣、指甲花粉等材料自製天然染髮劑,比較市售化學染劑的顏色持久度、酸鹼度及對生物產生的影響,希望能找出天然染劑在生活上的應用。

溫排水與海風的偶遇

這一件「溫排水與海風的偶遇」主要是利用火力和核能電廠靠海的特性,借助海邊最常見的風造成的風寒效應(水蒸發帶走熱量),來降低電廠的溫排水,再把柏努利定律運用在渠道的設計上,然後在實驗中探討空氣流速、溫度、表面積、表面材質、壓力...等和蒸發速率的關係以及對於本實驗設計的影響和關係。

喝水鳥能源運用

我們藉由喝水鳥的擺動,造成線圈與磁場相對運動,依據法拉第及冷次定律,產生感應電流。 由於喝水鳥是透過溶液揮發進行能量轉換,因此推測濕度對其有影響,經實驗證明乾燥時喝水鳥的效率較潮溼時高。 我們以酒精燈加熱喝水鳥周圍環境溫度,探討溫度對它的影響。經實驗後證實環境溫度也是影響喝水次數的因素。環境溫度過低,喝水鳥的喝水次數會降低。 我們將“讓喝水鳥多喝水”設為目標,因推測溶液會對其喝水次數產生影響,所以我們調配了多組不同的溶液進行實驗。發現95%的乙醇效果最好。 結合以上實驗,發現喝水鳥裝置在溫度高、乾燥的地方,喝95%的乙醇,效果會最好,因此希望能發展成”利用室溫環境熱能來發電”的綠能產品。

風力發電之葉片設計及其應用

風力發電是將風能轉換為電能的一種發電方式。以風力發電來節能的構想,可能由於能\r 源短缺,環保節能概念的提倡,近年的科展作品很多,市面上也有很多販賣自製的風力發電\r 機的產品,放在家中頂樓的地方來儲存電能,而我們的科展主要是想探討葉片如何設計才能\r 得到最好的發電效果,所以實驗過程主要是在探討葉片的迎風角度、形狀、數目、面積大小\r 對發電效率的影響。藉由轉動的原理,我們估算出葉片的迎風角度在0 度至45 度之間會有最\r 佳的轉動效果,經由實驗的測試發現葉片迎風角度在20 度左右,可以得到最佳的轉動效果;\r 也由轉動的原理,在相同的風力下,轉動慣量(由葉片質量及葉片距轉軸距離所決定)愈小轉\r 動會越快,實驗後也可得知葉片形狀、數目、面積會影響到發電效果,最後找出發電效率最\r 佳的葉片來製作風力發電的手機充電器。