生活與應用科學科

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。

本專題嘗試以低廉成本以及節省能源的方式，利用簡單的滑輪組、齒輪組的設計與製作，期望能將機械手的製造，變的更加簡易。從設計圖繪製、材料蒐集、零組件製作、安裝零組件到實驗設計、數據紀錄分析、優缺點比較，控制器轉盤製作、麵包板電路設計及連接皆由小組成員集思廣益，嘗試錯誤與學習，親自實做出科展成品。我們利用文獻上尚未見過的、自己設計的「線材-馬達牽引」方式，取代傳統的四連桿、油壓桿驅動方式，製作出創新的機械手。本小組不但製作「功能測試版機械手」測試機械手的各項基本功能、比較材質或動力的優劣，更根據區域科展時教授給的建議及批評，對於部分細節進行改良，我們自行設計規格化的零件、底板，也與老師共同研發出迎合實務需求的「應用版機械手」的兩種新控制方式：圓盤自動控制系統及麵包板 IC 電路互動系統。以偏向自動化的控制方式，避免線路複雜、整理費工、人為操控不精準的種種問題及缺點，拉進與「以機械手取代人工」這個夢想的距離。

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。

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。

每逢冬天寒流來襲、氣溫大幅下降之際，一氧化碳中毒事件總是在新聞媒體上頻傳。雖然目前市面上已經有許多的一氧化碳警報器，但一氧化碳中毒事件在新聞報紙上的篇幅卻不曾遞減，所以我們想要設計出一套擁有新功能的一氧化碳偵測器，來杜絕此類的悲劇。本系統是由一氧化碳感測器與微電腦控制電路，統稱中控電路，加上通風系統以及警報與操控電路結合而成，將一氧化碳偵測器感測的結果傳至中控電路，若一氧化碳濃度過高時中控電路接收到訊號後，就會自動開啟通風設備，利用窗戶的開啟加上排風機快速排除屋內的一氧化碳，大幅減少一氧化碳滯留於屋內的時間，排除人們因為吸入過多一氧化碳而中毒死亡的機會。 因本系統的防護機構是全自動作用，所以能排除各種不預期人為失誤而造成系統失效，做到全方位保護的作用。根據實驗本系統能在半分鐘內排除一氧化碳，效果良好，確實能避免一氧化碳中毒，固本系統能全面杜絕所有一氧化碳中毒事件。

參觀汙水處理廠後，引發我們利用備長炭、石頭、蚵殼等有孔洞的物質為濾材，希望在汙水來源地現地處理，降低汙水中的含磷量，提高透光度，改變汙水酸鹼值。 實驗中我們發現粒徑小的蚵殼效果較好，先利用黑糖水模擬汙水，使用自製濁度計、自製過濾器、自製測磷儀器以檢測汙水處理成效，再實地採水樣檢測去汙效果，實驗結果顯著。結論如下： 一、蚵殼主要成分為碳酸鈣，呈多層次結構，透過震盪可重複吸附含磷量。 二、在粒徑最小、200℃烘烤蚵殼，磷的吸附率達93%，水質趨於弱鹼性及中性。研究發現蚵殼為現地處理的有效濾材。 三、以蚵殼過濾實地採集水樣，酸鹼值轉為微鹼，透光度提高，建議蚵殼淨化汙水，pH值須在5.9以上的環境。

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。

在現代社會當中機車跟汽車其所造成的各類空氣污染排放隨著車輛的普遍而越來越嚴重，而且常有人下車之後忘記熄火就讓車輛怠速且廢氣一直排放，不但汙染空氣且損耗更多的燃料，因此環保署制定相關車輛超時怠速的處罰條款，且於2012年6月1日開始實施取締告發，我們就想要做自動怠速熄火裝置來解決超時怠速時所排放的廢氣。本次研究使用微電腦、加速度計、繼電器、旋轉編碼開關製作本裝置，利用加速度計去感測機車移動時的速度值，利用繼電器控制車輛熄火，配合旋轉編碼開關可以讓使用者自行設定怠速熄火時間，由於是透過加速度計去感測車輛的移動，故不需要修改車輛油路、電腦設定與時速錶，降低加裝本裝置的難度，因此非常適合用在各種車款。

本實驗分別以水滴及擺鎚敲擊含羞草的關節，試圖測量究竟多大力量才會引發含羞草的觸發運動。結果發現三級關節最敏感，一級關節較遲鈍，二級關節則無反應。當經由水滴滴在羽軸以檢測含羞草觸發運動的敏感度變化時，發現一級關節在夜間反應率比白天高很多。進一步以擺鎚直接敲擊一級關節，發現其敏感度日夜間無甚差距。此外在小葉都是閉合的情況下，敲擊羽軸以檢測一級關節的反應；結果日夜間也差距甚小。我們推測在小葉展開時，敲擊的作用使三級關節的葉枕萎縮；當作用力透過羽軸、葉柄傳遞至一級關節時，三級關節的的葉枕如同避震器一般藉由變形而削減了作用力。這個推測透過比較小葉展開與閉合時一級關節的敏感度而證實。藉著測量一級關節在小葉展開與閉合時最低作用力矩推算，每經過一對葉枕大株含羞草大約可以削減 1.8~2.2％的作用效應，小株含羞草大約可以削減 6.1~8.5％的作用效應。