全國中小學科展

佳作

焦耳電力公司-榨乾廢電池電力之研究

「廢電池」的電壓已不能讓原有電器正常地使用,但其實裡面還是留有電力。因此我們想要探討如何有效地取出這些能量並加以利用。 先分析「焦耳小偷(Joule Thief)線路」,接著討論影響榨出電力的因素,如線徑、線圈數、繞法、鐵芯大小與形狀等。結果發現增加線圈的圈數、適當的疊繞在鐵芯上可以進一步提高電壓,振盪頻率與責任週期也會同時受到影響。 我們創作出「整合型廢電池電力榨乾裝置」,實際回收廢電池並榨出電力。接著發現一顆廢電池約可榨出六百多焦耳的能量到超電容裡,經我們測量的機械效率反推可知,廢電池的電力應該還有兩到三仟焦耳之多。 這些榨出的電力未來可以應用在耗電功率較低的綠能電器或是透過「假電池」的設計讓廢電池起死回生。

探討空氣鳳梨吸收鹽類的構造與運輸鹽類的機制

本研究主要探討空氣鳳梨吸收與運輸鹽類的機制。首先,製作空氣鳳梨石蠟包埋玻片以觀察其表皮和內部構造。再來,分別以浸濕硝酸鉀水溶液的棉花包覆葉子不同部位,和對空氣鳳梨噴灑不同濃度的硝酸鉀水溶液,觀察空氣鳳梨在短時間內(1-3小時)與長時間下(14天)運輸硝酸鉀的情形。本研究發現:毛狀體是空氣鳳梨吸收鹽類的構造;空氣鳳梨吸收硝酸鉀後,短時間內會將其由高往低濃度區域運輸;長時間下硝酸鉀則由葉基部向尖端運輸,以抵抗高鹽逆境。最後,本研究提出空氣鳳梨運輸鹽類的路徑為:溶於水中的鹽類經由毛狀體進到植物體內,透過水的蒸散拉力將鹽類由葉基部運輸至尖端。未來,希望能以空氣鳳梨作為檢測環境汙染物與酸雨的指標性植物。

攜帶型直笛檢測器研發與呼出氣體分析

以往呼氣分析皆是在醫院及研究單位進行,且呼氣檢測可提供診斷疾病的資訊。文獻中指出,血糖值上升則呼氣中CO2濃度上升;血糖值下降則呼氣中CO2濃度下降。本研究發展攜帶型直笛檢測器(簡稱FRD)分析呼氣,採用市售直笛組合自製流速計,搭配APP-Spectroid測量吹入氣體聲波頻率,比對聲波頻率與分子量相關性,並加入氣體絕熱指數的校正。本研究FRD完成N2與CO2校正,得到高再現性結果,以N2和CO2不同比例混合氣體作為標準品,完成檢量線。人體呼氣測試以多步驟集氣袋模式排除水氣,並將測出呼氣平均分子量換算與校正得呼氣中CO2濃度。本研究有效開發FRD並發展微小化輕便檢測器,降低檢測器成本易推廣於大眾,更能夠收集大數據促進國人醫學與健康的研究。

「錐」根究柢

我們研發「液壓手臂降落器」進行「圓錐型潛艇」的沉降實驗,發現潛艇以『頂點朝下』或『頂點朝上』的方式沉降至水底的姿態大不相同。本研究則讓潛艇以『頂點朝上』方式落下,它在水中會先180度翻轉後,再左右搖擺下潛至箱底,沉降路線猶如一個「?」-大問號,引發我們想對「問號」裡所隱藏的科學奧秘追根究柢! 研究中發現「圓錐型潛艇」的高度、斜邊長、口徑、重量、對稱性,都會影響其在水中的沉降現象,我們還利用潛艇頂點「朝上/朝下」而「有/無」翻轉現象的特點設計一款【翻轉力道量測儀】,而各式潛艇所量測出的翻轉力道竟與其在水中的翻轉距離有高度相關!最後在圓錐型潛艇上裁剪出V型、扇葉等變化,讓潛艇可在下潛過程中邊旋轉邊沉降!

臺南海邊的前世與今生

我從臺南市嘉南療養院旁的水果園露頭上採集了許多貝殼化石,也到臺南龍崗海邊觀察海浪沖擊沙灘上的泥砂,也採集現生貝殼和挖掘地層中的泥砂。從觀察臺南龍崗海邊採集的泥砂特徵,以及在實體顯微鏡觀察貝殼及有孔蟲,和嘉南療養院旁水果園中的泥砂、貝殼和有孔蟲化石相比較,發現有許多相似的地方,都是屬於淺海環境。這與相關文獻中相吻合,同時證明水果園在5800~7200年前是海岸沙灘環境與現今的龍崗海邊有著相同的生態環境。

森「螺」萬「像」─探討斑蜷習性與其生存環境的關係

斑蜷(Melanoides maculata)為2005年台灣發表的記錄種,在外形上與網蜷(M. tuberculata)非常相似,斑蜷口蓋旁有條黑色弧線,是辨別此兩種螺類最明顯的特徵。斑蜷除了會攝食微藻外,亦須攝食一些其他的有機碎屑,才能維持正常的活動力,因此主要生存在底質為泥沙的天然環境中。斑蜷腹足吸附力不強,體長1.8~2.2cm的斑蜷,最大吸附力約為0.52 gw。斑蜷的外殼並非揹著,而是貼在水域底部,故只有在移動時,腹足才需使力;呈流線形的外型可讓斑蜷在底部移動時,降低水的阻力。斑蜷爬行角度不可超過150°、水流強度不可超過20 cm/s,因此水利工程除須考慮底質組成,亦需考量牆面設計及流速。

當我們連在一起-探討流體連通阻尼器應用於建築物減震分析

本研究利用自製連通阻尼器、自製模型屋、自製地震模擬器,將連通阻尼器配置在低樓層模型屋,用手機APP軟體偵測震動加速度,檢驗減震效果。研究結果:(一)連通阻尼器最佳阻尼強度:流體濃度5~20%,強度700~1500公克力。(二)連通阻尼器最佳配置:阻尼反向、配置前後方向、傾斜角度30度、與主震動方向夾角30度、連通阻尼器配置越多。(三)建物結構與震動大小的影響:模型屋樓層重量越重、樓層越高、結構強度越差、震動加速度越大時,減震效果越佳。(四)連通阻尼器的減震效果:最大加速度平均減震百分比為32.5%,平均減震值為107.6gal;平均加速度平均減震百分比為25%,平均減震值為48.6gal。連通阻尼器減震效果佳,可作為製作速度型阻尼器的參考。

低氧處理對發芽米GABA含量的影響

本研究探討發芽米在不同的低氧處理方式與條件下,對米內GABA(γ-aminobutyrate acid)含量變化的影響。從茶葉GABA研究的報告中發現,經低氧處理再回氧重複多次能夠提升GABA含量。因此本研究透過帶殼、糙米、去胚糙米的材料,並以低氧與回氧交互處理,找出合適的處理方式與條件。首先,觀察不同發芽米經低氧處理後之GABA含量的變化,發現帶殼米的中GABA含量最高。接著我們以帶殼米為材料,調整低氧與回氧處理之時間點,發現帶殼米經12小時浸水加上回氧2小時再加上12小時浸水為最佳處理方式。最後,我們比較不同材料在真空和浸水處理後GABA含量的變化,並測定GAD酵素的活性變化。結果發現在真空環境下帶殼米GABA的含量最高,且GABA含量隨GAD酵素提升而增加,而隨後去殼會減少20%的GABA。

海洋雙渦漩系統之探究

本研究透過分析海表面溫度及衛星測高等遙測資料、觀察海洋雙渦漩系統,並且以U、V 兩方向流速數據繪製流線進行比對,我們追蹤紐澳之間以及澳洲西邊的八組雙渦漩系統,發現雙渦漩系統遇到地形邊界會分開並退回,另外還能將溫暖的海水帶向高緯度。我們又以實驗模擬雙渦漩系統,探討其構造、並且確認雙渦漩系統會互相傳遞物質與熱量,以及攜帶物質與熱量前進。另外當雙渦漩系統連結處遇到較細小的阻礙物時,會先斷開,通過障礙物後立刻又會接上;當遇到大型阻礙物時,雙渦漩則會順著邊界彼此分開並退行;當雙渦漩系統往水深愈來愈淺的水域移動時,渦漩垂直結構會傾斜,下方連結處移動較慢,雙渦漩會平行等深線先靠近再分開,而後沿著邊界退行。

轉啊!轉啊!瘸腿鳥

本研究探討「在一個n×n的方格板上,從任意方格的中心運動到另一個與其相鄰方格的中心,每次運動必須轉彎,即任意兩次連續運動的方向垂直,最長的一條閉合、不相交的路徑要經過多少方格?」首先,探討滿足閉合、不相交的路徑的關係,利用塗色及歸納法推導可能經過的最多方格數,然後建構滿足條件路徑的解。我們成功得到最長移動路徑方格數可依 值分成四個群組,並依所建構閉合、不相交的最長路徑,區分成兩大類:螺旋狀和柱狀的移動路徑。其中,除n=4k+2, k∈N柱狀的路徑在n≥18明顯變少外,其餘都可找到螺旋狀和柱狀有相同的最長路徑。本研究也延伸討論n×m矩形的情形,並得到完整的結果,且設想掃地機器人能不重複打掃、掃過面積最大、自動回充電座充電的應用可能。