理化科

經過我們努力的實驗後，我們發現：離子運動可以產生磁場，離子運動時會受到磁場作用而受力轉向。離子電流的磁效應，其關係式 ，其中I為電解質溶液電流，d 為與電解質溶液管線距離，而且溶液濃度越大，產生電流越大，則磁場越大。在外加磁場下，電解質溶液導電時仍遵守歐姆定律，但是對溶液的導電性沒有明顯影響。利用磁場作用下離子的運動可觀察到離子的導電性，離子移動速率越快，導電度隨著升高；並進一步瞭解到濃度越大，由於離子間的作用力，會使個別離子移動速率和導電性降低。

由實驗可知廢棄乾電池可資源回收再利用的部分達 76%以上，其中電解質經純化分離可得到有催化劑效果之MnO2，回收率達61%，電池鋅殼材質與實驗室用鋅片材質相當，電池碳棒除可當電池之電極外亦是實驗室常用之導電材料，故廢棄乾電池確實可完整的資源回收再利用；在自製之簡易氫氧燃料電池裝置中，我們發現需考量碳電極使用前之適當處理、正負極之集氣區設計、收集氣體量多寡、電池組的封裝以及鎳、Pt\r 粉之添加與否等問題，電解液之選用則是以濃度為2 M 的氫氧化鉀溶液為佳，經過努力之後，我們成功以自製的簡易串聯保特瓶氫氧燃料電池裝置使得電子蜂鳴器、LED 燈及鬧鐘開始動作，實驗結果證實廢棄乾電池是可搖身一變成為新的電池明日之星—氫氧燃料電池。

本實驗利用酸、鹼水溶液在廣用試劑檢驗下會呈現不同的顏色，以影像處理軟體擷取顏色之 RGB 值，將各個不同的 PH 值所呈現的顏色數據化。

我們身處於電氣化的時代，每天都會接觸各種電器，只要開關一開就會產生磁場，就是我們常聽別人提到的電磁波，也常聽到電磁波對人體可能的傷害，造成人心惶惶；另一方面，電磁波的磁其實跟磁鐵的磁場是一樣的，但卻常常拿來用或是當作贈品卻沒人害怕；所以我們用日常生活容易取得的材料讓它們暴露於較大強度的電磁波與磁場的環境下，看看它們有什麼變化！有了初步了解之後，再嚐試以生活中容易取得的材料或方法，來降低或是阻隔電磁波！

拿湯匙想舀出蜂蜜沖泡突然湯匙滑落瓶中，其緩慢下沉狀態激起了好奇心，觸發想進行\r 液體的黏度之實驗研究。研究包括：\r 一、應用不同口徑量筒，以外插法求出量筒口徑趨近無限大時小球的終端速度，避免量筒邊\r 界影響力，進一步成功地推算出液體的黏度為何。\r 二、逐一有計畫地改變了液體的溫度，從實驗數據歸納出液體黏度會隨溫度變化的情形為何。\r 三、創意設計，測量高黏滯性液體流過漏斗的時間，積極討論，建立其物理科學模型與理論\r 架構為何，以能預測液體的黏度數值，發現了從實際的實驗結果與我們所建立的理論模\r 式之黏度的預測趨勢非常吻合，誤差極小，可成功作為預測液體黏度之有效研究方法與\r 物理模式理論架構。\r 四、自製研發實驗裝置測量液體之撞到障礙物而能開始旋轉的高度以及其旋轉的週期為何，\r 並且能與黏度進行比較與討論，探討其間的關係與原因為何。

為了證明離子感應電流的存在、測其大小及探討離子溶液代替金屬導體之可行性，我以離子分離電容器、螺線管、羅蘭環及萊頓瓶等器材，設計感應電流的量測方法。藉由電壓紀錄器記錄瞬間的感應電壓，再由測得電壓換算成電流。實驗結果顯示硫酸銅濃度 5%時，離子漩渦電流產生 4.4×10-4(μA)的感應電流，離子螺線管產生 1.89×10-4(μA)的感應電流，且離子濃度約 15%時，漩渦離子產生的感應電流最大；當噴水速度達 1032 (㎝/s)時，帶電水霧產生 3.4×10-4(μA)的感應電流，且噴速越快，產生的感應電流也越大。由實驗結果驗證了離子感應電流的存在及離子溶液代替金屬導體的可行性，藉由感應電流之偵測及離子溶液的導電性，更可拓展至直流發電機、金屬偵測門、及科幻片中在空中飛行的車子等無可限量之生活應用。

本研究是對磁鐵同極相斥特性、磁通密度加成性、磁性材料導磁特性進行研究。由實驗發現，非金屬都不會被磁鐵吸引，但也不是金屬就可以被磁鐵吸引，如銅、鋁就不會被磁鐵吸引。另外，由實驗發現，磁鐵的排斥距離與靠近磁鐵物品的種類、形狀、大小與放置位置都有關。靠近磁鐵的鐵線越粗、鐵線排列越緻密與鐵線在4.50 cm 以內時鐵線的長度越長，越能縮短磁鐵的排斥距離。在本研究中亦發現，(1)磁鐵排斥距離與10.00 cm 長導磁材料的線徑呈線性減少關係；(2)在10.00 cm14#鐵線相距180 度下，磁鐵排斥距離與磁鐵的磁鐵的磁通密度呈線性增加關係(3)當14#鐵線長度小於4.50 cm 時，鐵線排列距180 度、90 度、45 度時，磁鐵排斥距離與鐵線長度亦呈線性減少關係。另外，由本實驗也可了解鐵線如何影響磁鐵磁力線分佈。最後，本研究選擇磁通密度為3000 高斯的磁鐵，加上磁鐵同極相斥及片狀導磁材料導磁易形成『片面之磁』的特性及水的浮力原理成功做成『上升水位監測系統』及『下降水位監測系統』，這兩個系統可應用於河川水位警示。

我們整個研究的主題，是利用板子振動的方式，使板子上的水滴往高處方向移動。實驗發現水滴向上爬升的速率與板子的振動頻率有關，接著我們增加板子的重量，結果讓水滴產生最大爬升速率的振動頻率反而降低。實驗裡，可以向上爬升的水滴直徑都超過0.2cm，水滴太小或太大都會造成爬升速率較慢或者不會有爬升的效果。另外也發現，採用不同成份液體做為爬升的液滴，會有不同的爬升速率，代表表面張力在水滴爬升的過程中，扮演很重要的角色。把水滴滴在塑膠、不鏽鋼金屬及銅金屬等三種不同的表面上，發現水滴會有不同的爬升速率，表示水滴與接觸面材質之間的附著力會影響水滴的爬升。我們也對液滴向上爬升的現象，進行攝影分析，並提出了解釋。

為了比較傳統型和微型化學裝置的差異，我們設計微型化學反應裝置，並探討其實用及環保方面的問題，我們在顯微鏡底下，觀察化學反應的沉澱結晶及電解反應，嘗試以各項變因(溫度、濃度、聲波…等)來觀察其結晶的形態。我們已成功地將用量減少至0.04ml，也以微觀的角度觀察化學反應的過程。在實驗中發現到反應進行時粒子會不斷流動，經查證後為愛因斯坦所提的布朗運動，並且測得琉顆粒的直徑大小約4.2~6.7微米。本實驗成功地將顯微鏡應用在化學領域上，若將此實驗推廣，可達到汙染少、時間短、用量少的目的。這是邁向化學微觀世界，另一種創新嘗試的方法。

帶電的離子受到垂直方向的磁場與電場作用，會因為受到洛倫茲力而產生有趣的轉動現象，由於電解槽中電解質不同濃度，會產生不同的離子遷移速度。經由所測量的時間與圓周運動的距離，可計算電解質的實際遷移速度，我們可利用簡易的裝置設備，推論出當電解質濃度越大，解離後正、負離子的吸引牽制作用也越強，使得離子在固定電場下的遷移速度減小了，莫耳導電率也減小。