全國中小學科展

生活與應用科學科

陽光的熱電變裝秀

臺灣地處亞熱帶,適合利用太陽能。太陽能的應用分為將光能轉為熱能與電能兩大類。前者在八上自然與生活科技課本,3-2面鏡成像單元中,提到太陽能集熱器是「利用平行主軸的太陽光,經凹面鏡反射後聚於焦點」,於是我們試著設計並製作一個焦距為10cm、口徑40cm的拋物面鏡太陽爐,作聚光煮物。後者利用太陽能板發電,將電能儲存12V電瓶,適合戶外手機充電、照明、轉成AC110V家庭用電等多功能之用。為了提升陽光轉換熱電的效率,構思了一套追日電路系統。且由課本中學得槓桿和齒輪省力機械原理,設計了木製的轉動載臺。藉由兩組光敏電阻分別去偵測太陽光的水平(方位角)及垂直(仰角)強度,馬達驅動轉動載臺,達到讓太陽爐及太陽能板正對太陽的任務。

「空穴」來電—「太陽能塔」氣流動力與發電可行性之研究

太陽能熱對流發電是未來最新一代的綠色能源。本研究透過太陽能熱對流發電塔模型的設計、製作及情境的模擬,來全面研究太陽能熱氣流發電塔的熱對流特性及影響運轉效能的相關變因,以利進而建立發電系統。現代建築中為了為解決熱的問題,通常會設計通氣塔來進行排熱,本研究利用中樞塔的熱對流與內外的溫差建立一個立複合式的發電系統。在研究結果中發現太陽能塔塔內的氣流強弱取決於塔徑、塔高、集熱板面積、集熱棚底角、入口間隙等內在變因及光源強弱、塔頂與塔底的氣壓差及溫度差等外在變因;而若能強化太陽能塔的中樞塔內氣流,能推動塔頂之發電裝置,產生感應電流。若在中樞塔的包覆致冷晶片,亦可以利用管內外的溫差來達到發電的效益。

g星剖測─流星運動的探討

本研究主要分析流星的位移、平均速度及運動變化。研究發現:臺東觀察點(o)拍攝的流星(2012/08/13,AM04:03),其位移為25.68 km,平均速度為33.35 km/s,與理論中流星體進入地球大氣的速度範圍(11~72 km/s)相符,且該流星應為英仙座流星群之一。以UFO Analyzer軟體分析流星影像圖檔,發現隨著時間增加,方位角及方位角對數值逐漸遞增,而仰角及仰角對數值逐漸遞減(paz ≈t1.7,流星仰角(ev)與時間(t)的對數比值約為1.0,即:log ev≈1.0 log t=>ev  t1.0。另外,隨著時間的增加,流星高度遞減,但瞬時速度呈不規則的變化。在高度約79km時,瞬時速度明顯減少,分析得知速度驟變的區域在電離層與中間層之間的交界處附近。

”瓶”水相”澆”的漏刻與九龍杯

在家中種植物可以綠化環境,令人賞心悅目。但照顧起來卻有些麻煩,有時忘了或出外旅遊無法澆水,而使植物變得奄奄一息的。為了解決這個問題,我們嘗試利用回收資源做為材料,設計出環保實用的自動澆水器,讓家裡種的植物可以一直綠意盎然。 我們主要是利用自製的漏刻與九龍杯,來控制澆水的水量與時間,並從中探討漏刻及九龍杯的現象與原理。在實驗中,觀察漏刻出水孔的孔徑粗細、數量多寡等變因對水流流速的影響,觀察九龍杯杯身大小、管口位置等變因對水流流量的影響。最後,利用毛細現象將澆水後流入集水盤中的廢水導引到其他花盆中,提供其他植株生長之用,充分利用水資源。

智慧開關-以水量變化操作槓桿擺動之應用

本研究是製作一部環保、全自動運轉與依照天氣變化可開啟或關閉的澆水開關。 研究從如何把主開關與槓桿結合在一起,使得擺動槓桿就能帶動主開關一起動作;接著研究槓桿左邊該掛上多少的重量,才能夠確實讓主開關開啟,讓水經由主開關流出,分成左右兩邊,左邊是主要應用的出水口,右邊是控制用的,它會把水引到槓桿右端的裝水容器中,使槓桿右端的重量大於左端而讓主開關關閉,水停止流出;接著再研究右端裝水容器中的水,如何減少而使重量變輕小於槓桿的左端,讓主開關自動開啟,繼續下一個循環讓水流出來。 研究發現介質虹吸原理,能夠控制主開關在晴天、陰天、雨天不同天氣,以不同的時間啟動主開關,完成一部具有智慧澆水的自動裝置。

護脊行不行!搖一搖就知道

我們的研究主要在於自製出一個可以檢測脊椎側彎的工具,用來檢測各種形式的護脊書包的護脊效果,並使用壓力感測器測量各式書包,它在我們人體各部位的壓力值,從中我們可以探討出造成脊椎側彎的關鍵因素為何?最後我們找出了最佳的護脊背墊,也研究出可以將普通書包改良成護脊書包的方式。

「沫沫」無「蚊」-環保液體噴射滅蚊

在外掃區打掃時,常常會被蚊子叮咬,噴了防蚊液蚊子還是會靠近,噴殺蟲劑又擔心會危害環境,所以想找出生活中易取得且環保的溶液來滅蚊,並將溶液裝在小噴瓶中,如此便可隨身攜帶。外掃區的蚊子大部分都是白線斑蚊,我們取得蟲卵後,就開始進行飼養。本研究主要探討哪些溶液具有較好的滅蚊效果;首先在錐形瓶中噴射,再用中型容器做效果測試,最後在蚊帳裡做實際測試。由實驗結果得知:香茅油、1:5的沙拉脫水、1:150肥皂水及75%酒精在錐形瓶中的平均噴射次數為1~1.3次、中型容器裡1~1.3次、蚊帳中1~3.3次就能使蚊子喪失飛行能力或死亡。蚊帳中又以1:5沙拉脫水及香茅油的滅蚊效果最好。下次去外掃區打掃時,就可以用這些環保滅蚊液來滅蚊了。

會做仰臥起坐的葉子──記憶彈性葉脈的加工

看過噴水後會舒張的葉脈人造花手工藝產品,我們試著重現並透過各種研究來找到SOP標準製造流程,達到又快、又有效果的量產目的。研究發現「桂花葉」用強鹼煮爛葉肉,保留葉脈的效果最佳、選擇「中年葉」搭配「泡水搓揉法」成功率最高。在「未加工的乾燥情況」下,葉子因為形狀記憶回彈60%角度,「噴水後」葉脈纖維吸水、恢復形狀,額外伸展1/3角度。 在「強鹼環境」加工,吸水恢復角度提高3度、速度沒有明顯差異。「強鹼且加入雙氧水」再次加工後,乾燥情況自然回彈率大幅降低,吸水恢復角度可達90度以上,吸水延伸速度快未加工組3倍,有顯著效果,證實「強鹼有氧環境下,纖維素成為鹼化纖維素達到『絹化』,柔軟度提高、吸水力增強」的效果。

智慧家庭語音控制系統

隨著科技進步,人類對居家生活質要求提高,並強調智慧生活、快速便利與高品質,因此研製一套『智慧家庭語音控制系統』,利用語音 操控所有居家生活電器設備 (例如 :冷氣、電視、收音機、電風扇…等 ),本系統可同時啟動與關閉電器設備,透過各種介面(例如 :藍芽耳機、平板電腦、手機、網路、遠端監控系統…等)簡易操控本系統;經各類行動電子產品與週邊設備,以聲控、觸控與遙控居家電器設備,讓家中有行動不便者、盲啞人士(在平板電腦上貼點字薄膜),享受優質生活品質。本系統可移植各類場所應用,例如汽車中透過語音方式,控制車內設備系統(音響、寫 E-Mail、接聽電話、衛星導航系統…等 ),可避免駕駛者手動操作造成分心發生意外事故。

環保潔淨的扶持-免外接電源手扶梯紫外線UV-C滅菌機

本研究利用能量轉換定律、簡易機械單元、輪軸與齒輪、法拉第電磁感應定律、光滅菌應用,結合生活、資訊、運用科學、符合環保、經濟效益,針對大眾輸送,日常所使用的手扶梯,能更環保、更綠能、減少人力、提升安全、保障使用者安全,我們創作了「免外接電源手扶梯紫外線滅菌機」。 對傳統手扶梯扶手帶清潔方式及扶手帶可能在反覆運轉使用時成為傳染媒介做實務了解。從第一代原型機到第二代結合除汙、清潔的刮片及滾輪,符合定期保養原則,至第三代的構造改良及增加清潔滾輪,符合環保、衛生、潔淨、安全等效益外,並且申請了國內外新型及發明雙項專利,希望我們的創作能為世界環保更盡一份心力。