全國中小學科展

最佳團隊合作獎

微風六型水族冷暖過濾整合系統

本研究主要目的在於設計一套環保節能、價格低廉且維修方便的水族整合系統。因此我們針對市面上常見的水族設備進行優缺點分析,並且從冷卻、過濾與溫控三大方向進行研究與改良。實驗過程有以下幾點重要心得與發現:小型水族系統可採用致冷晶片(Thermoelectric Cooling, TEC)作為冷卻機的冷卻核心,其整體表現優於傳統壓縮式冷卻機;致冷晶片的「熱面」散熱越好,「冷面」致冷力也越好;致冷晶片雖然運作電壓越大時,降溫幅度越大,但最佳經濟模式為在電壓12V下運作;致冷晶片在室溫越高的情況下運作,冷卻效果越好;致冷晶片搭配電子式控溫器,水溫控制的精確度較高,但也因啟動次數較多,造成晶片故障率提高;我們所研發的「微風六型不鏽鋼冷卻平台」為升降水溫的最佳介面;「微風六型水族冷暖機」搭配「側面強制過濾+底部過濾」的過濾方式將可適用於所有的水族養殖系統;「微風六型水族冷暖整合系統」採模組化設計,維修容易、價格低廉且環保節能為值得推廣的水族整合系統。

海邊的風吹砂怎麼會膠結成塊呢?

風吹砂的砂粒中含有大量的碳酸鈣,當帶有酸性的雨水和濱海植物根部釋出\r 的物質溶於水中,就會侵蝕碳酸鈣,並沈澱於顆粒的細縫中,形成灰白色、半透\r 明和黃褐色的細小顆粒,將風吹砂顆粒膠結起來,這些細小顆粒就是膠結的介\r 質。碳酸鈣含量越多,介質與顆粒間的接觸面積越大,膠結就越緊密。\r 而風吹砂顆粒膠結時形成的分層,是由規律的季風帶來砂粒並膠結,其中一\r 次風吹就會造成一次膠結,若過程中有間斷,會因分界處較脆弱而形成分層。

屏東三地門地區斷層帶變質岩內斷層泥結構探討

本研究是來自於 Nature雜誌有文章說到,在地震發生地層滑動時,有單層奈米顆粒,造成能量的釋放不如想像的多,經由尋問專家,瞭解到斷層泥是斷層帶上極細的構造。又由於本校特色為奈米科技,在上課中就對奈米的認知有所瞭解,所以我們就以探討斷層泥是否有奈米結構為主。屏東三地門地區斷層是一個很明顯且採樣容易地區,所以我們就以它為研究對象。 結果我們有一些結果 1. 利用AMF、SEM等檢測儀器,發現屏東三地門地區斷層中的斷層泥確定有奈米結構。 2. 發現奈米顆粒有些產生在裂縫中,有些浮在上層石粒。 3. 發現奈米顆粒與背景組成元素所含種類幾乎相同,有O 、Al 、Si、Fe 、Mg、K 、C等,可證明奈米顆粒不是雜質。 4. 我們建構一個奈米顆粒產生的模型:當地震造成地層斷裂的瞬間,因高溫高壓的環境,此時在斷層泥中產生很多裂縫,多餘的圍岩擠入裂縫同時形成奈米結構,至於有些奈米顆粒浮在上面是,經過滑動被擠壓出來浮在上層中。 今年我們是變質岩的斷層泥,未來我們將繼續沉積岩的探討,目前鎖定應菜龍斷層的斷層泥內結構及成分。

自製氣體吸附儀

我們利用化學課本上製氧的方法,設計製造及收集氧氣的儀器,再依照活性碳在水中吸附氣體的方式,測試其吸附氧氣的能力,結果以茶渣、橘子皮、磁磚及咖啡渣為最佳吸附劑,因此以這四種製造氣體吸收劑。我們由實驗測試有孔洞的廢棄物可以吸附氣體。我們實驗結果顯示,應用自製的廢氣吸收劑,配合嚴密的攔阻設計,可有效降低空氣中的廢氣,進一步減緩地球暖化及空氣污染。

搖哩!搖勒!變色水

這是一個趣味實驗裡常常做的一個實驗“藍瓶反應”,雖然是一個很舊的題材,卻有著驚人的新發現。不僅葡萄糖會呈現“藍瓶反應”,半乳糖及果糖均會,且與葡萄糖結構相近的戊五醇、己六醇也呈現藍瓶反應。於是我們就發現了,只要可以繼續氧化的官能基(例如羥基或醛),在其官能基附近有拉電子基的存在,亦產生效果絕佳的藍瓶反應。亦以葡萄糖本身為探討的主題,到底是哪一個官能基最有可能先開始反應?也探討亞甲藍、氧氣、葡萄糖及氫氧化鈉四者之間可能發生的機制及反應級數。於是就慢慢揭開藍瓶反應神秘的面紗。

土地龜裂的研究

研究:土地為何會產生龜裂?同樣乾燥無水的土地為何有些地會龜裂,有的不會龜裂?為何形成龜裂的土塊大小、裂痕寬度、裂痕口深度會不同?研究結果:從調查後勁溪、滾水坪、烏山頂和萬丹泥火山的龜裂土地及用同面積、不同厚度土塊及同厚度、不同面積的溼泥進行日曬,觀察龜裂的形成。泥地因日曬水分蒸發,體積縮小,並且由於表層乾縮速度和底層不同,於是產生龜裂現象。持續的日曬,裂痕會越來越多,龜裂形成的土塊也越來越多。越厚的泥塊和越大面積的泥塊,形成龜裂的泥塊也越大,裂痕寬度較寬,裂痕口深度也較深。龜裂泥塊的形狀以四邊形和五邊形較多。風乾、曬乾、燒乾、烤乾都能造成泥塊的龜裂。將龜裂土塊泡水、灑水、沖水都能造成龜裂的消失。

洞悉真相~探討各種不同因素對大型看板穩定性的影響

路上看到挖了許多小洞的廣告看板,激起了我們的好奇心,著手探討各種不同因素對大型看板穩定性的影響,希望找到一種可以增加看板穩定性的方法或建議。進行實驗探討獲得重要結論如下:一、看板上挖洞的總面積越大(包括挖洞數量增多或挖洞直徑變大),風對看板的阻力就越小。二、看板如果只是挖洞在某一角落,會使看板的單邊受到較大的風阻,容易發生倒塌或破損,因此,建議挖洞最好挖在中央位置或帄均分布在整個看板上,不要因為避開圖文而挖洞在某一角落。三、在有限的看板面積下,可以設計『挖洞小而數量多一點、採全挖方式分布於看板周圍』的挖洞方式,將可以使看板所受風阻較小,增加看板的穩定性,又可以避開看板中央的圖文區域,達到最有效的設計與利用。

「粕」力無窮-添加酒粕製作土司之探討

釀造米酒,剩餘大量的酒粕,我們將它廢物利用,以不同比例的酒粕添加進吐司(0%、5%、10%、15%、20%、25%),探討酒粕加入吐司後的影響。經由實驗結果可知,不同酒粕比例的吐司儲存一週,發現酒粕添加量愈多,愈不容易生長黴菌。因此添加酒粕有助於儲藏及延緩吐司生長黴菌;體積方面,酒粕的添加量低於20%以下並沒有明顯改變,但添加至25%酒粕則有明顯的體積不足現象;而隨著酒粕添加比例愈多,吐司顏色愈深。再來我們觀察吐司的組織,發現加入愈多酒粕,其組織孔洞愈大。最後進行消費者喜好品評試驗,得知以5、10%的酒粕添加量較為大眾喜愛,因此酒粕吐司不失為一項具有營養價值的健康美食,同時也具抑菌效果,更能延長鑑賞期。

破繭而出—水管內切裝置設計與製作

在建築工地施工中,各種問題都可能遇到,水管的裝設是一項必要工程,我們針對水管切割設計,主要是在箍筋內的水管鋸切,由於鋼筋限制了空間大小,要將水管鋸斷不易,尤其是大管徑的排水管。我們設計從水管端面伸入水管內部鋸切的機構,透過這樣的機構可以鋸切不同長度及直徑的水管。機構設計分為圓管固定機構、鋸切刀具動作機構設計、傳動機構設計及外部進刀加工控制機構四部分。圓管固定是利用同動三爪夾持,可以讓機構固定在水管中心;鋸切機構從原本設計的切槽刀改為圓刀刃,可以讓切割斷面更平整;原本傳動機構是以手提電鑽做為動力源,可是切削阻力太大導致無法切割,經修改為手動方式可以順利切割水管,同時轉動把手只需要旋轉擺動大於90度,就可以順利切割水管;外部進刀加工機構經過幾種設計測試後,使用寸動機構可以讓操作更容易。經過實際測試鋸切狀況,功能能達到設計的要求。

自製排笛的研究

為解決聲音課程教學時,各種飲料容器不容易吹出聲音的問題,進行一系列影響因素的研究。用吸管比用嘴巴容易吹出聲音;容器或吸管內徑 1-3cm 效果最好;吸管內徑 0.4-0.6cm 最適合吹奏;切口方式及吸管長度對聲音的大小及頻率影響不大;吸管挖洞會造成音量減小;吸管與容器角度以 10-20 度最適宜;吸管與容器距離以 0-2cm 聲音最大;容器材質以玻璃音量及音色最佳;玻璃瓶的高度越高頻率越低;改變玻璃瓶內水的高度可以控制頻率的高低,以玻璃瓶中氣體體積和氣體高度為控制變因時,不同的玻璃瓶都有類似的頻率曲線。我們以奧利多和珍珠奶茶吸管為例,先做出標準音與頻率的對照表,再做成簡易的排笛來演奏。