全國中小學科展

佳作

藻出能源,發電我最行─探討影響藻類電池發電效率之影響

在能源日漸耗竭的今日,開發環保新能源是重要的課題。本研究中使用的藻類電池,係藉著藻類照光會行光合作用而發電。藻類可以吸收空氣中的二氧化碳,因此更符合「節能減碳」的概念,藻類電池又被稱為「活的太陽能電池」。從研究結果發現製作藻類電池時,以藍綠藻與小球藻的組合為最佳,其中藍綠藻擔任負極,而小球藻擔任正極。藻類電池在光照強的環境,有較佳的發電效率,而且添加營養劑在藻類電池中,不僅可以提高發電率並可以延長藻類的生命。在不同色光的照射中,藍光與紅光對於刺激藻類電池發電效率最佳;綠光則是最差。藻類電池也可以進行串聯,藉此提高電壓與電功率。我們期待藻類電池在未來可以成為一種新的能源。

透明冰

冰塊應該是無色透明的,但我們日常生活中所看到的冰塊大部份中間都有一團白色物質或看起來霧霧的,我們想藉由實驗和觀察,探索冰塊中間白色部份的成因,進而探討利用家裏的簡單器具製作透明冰的可行性。在實驗過程中我們發現,溶解於水中的礦物質、雜質與空氣,會影嚮水凝固成冰後的透明度,水中的礦物質與空氣愈多,所凝固成的冰塊透明度愈差。在製作透明冰時,我們發現水中的空氣是影響冰塊透明度的因素中最難控制的一項,由於水的密度在4℃時最大,所以冰塊在凝固時會從上緣開始凝固,這樣很容易造成空氣被困在水中,等最後大部份的水都凝固後,空氣就被擠壓在冰塊的中間造成白色的部份,想要製作出透明冰,就必頇突破這方面的限制。

『蟬』寶寶-終齡若蟬羽化與蟬殼鑑種探討

高砂熊蟬的幼生期約5~6年,而環境因子變動會影響蟬羽化,雨後蟬的羽化數量明顯下降。高砂熊蟬羽化月份為單一高峰(七月),每日羽化時間也呈現單一高峰(PM19:00~PM20:00)。終齡若蟲體長愈長爬行速度愈快,羽化停棲高度也較高,但標準化爬行速度則相似。終齡若蟲爬行停止後,至少需15分鐘不受干擾才進行羽化,開始羽化至羽化完成約耗時一小時,且各羽化階段時間相似。我們以蟬殼胸寬/體全長比值、前足腿節的齒狀突起、蟬殼顏色及前足腿節毛列分佈為主要鑑種特徵,再輔助測量特徵差異,我們可以準確的區別出七種研究樣本的蟬殼,且符合蟬的親源關係。而熊蟬屬三種蟬的蟬殼與成蟲的胸寬/體全長比值相近(都接近0.40),可以供從蟬殼鑑別出「熊蟬屬」的標準。

看盡世間冷暖-水的冷卻機制之探討

根據實驗,彭巴效應發生在35度以上。當兩杯溫差在10℃以內,初始溫度較高的水會較早結冰。另外,兩者溫差為5℃時,彭巴效應最明顯。推斷此效應主因為:初始溫度較高的水有較旺盛的蒸發,帶動其後續較強烈的對流,使得熱水在冷卻時,容器內部較高溫的水會因對流翻轉至外層,形成更好的冷卻效果。此立論可由另一組實驗所驗證:在表層添加一層油脂,抑制蒸發後,彭巴效應不再發生。顯示蒸發本身或其所附帶的現象造成了此效應。然而若只考慮蒸發帶走的溫度,並不足以解釋添加油脂後所產生的變化,因而認為蒸發所附帶的對流也影響了冷卻速率。 過冷效應:主因為添加油脂後造成對流趨緩,使水中的擾動減少,進而降低水分子間結冰的有效碰撞,造成過冷現象。

魔術數學骰子

藉由大家的提問及討論還有腦力激盪,找出「魔術數學骰子」遊戲背後所隱藏的數學規則,並設計出我們自制的「魔術數學骰子」。

好咖來找茶-卡好的植物有機肥

本研究是利用日常生活中常見的咖啡渣和茶葉渣做為肥料,去觀察豆莢類的綠豆,以及葉菜類的油麥菜、小白菜生長過程的變化,我們利用三種不同的咖啡渣和三種不同的茶葉渣來做為肥料,找出哪一種肥料具有較高的養分,可以幫助綠豆、油麥菜和小白菜長得較好,又能防止菜蟲的侵害。實驗結果發現,以茶葉渣做為肥料的植物長得最好,尤其是綠茶渣最好,甚至勝過化學肥料。在防蟲方面,咖啡渣的效果奇佳,茶葉渣在防蟲方面卻沒有任何功效,而且比施化學肥料的植物蟲害還嚴重。

聲音與溫度的對話-探討聲波冷卻

本研究是利用「熱聲效應」來探討聲波冷卻的原理,並製作一個簡單的聲波冷卻裝置,而此裝置分別由揚聲器、共振管、片堆及熱交換器等四個主要部分所構成,並利用聲音編輯軟體讓揚聲器產生所需的頻率之聲波,讓共振管內產生共振駐波使工作氣體能作壓縮及膨脹,並且在片堆內能將聲能轉換成熱能以達到降溫的效果。本研究針對不同的聲波頻率、片堆間隙及熱交換器高度來探討聲波冷卻的效率。研究後發現下列幾點:一、聲波頻率愈高並不能提升冷卻的效率根據聲波冷卻的原理發現工作氣體在進行熱交換循環時有一定的週期時間,當聲波的頻率愈高則工作氣體進行熱交換的週期時間愈短,反而無法有效的進行熱交換使得冷卻的效果降低。二、片堆的間隙大小與共振管內的工作氣體性質及聲波頻率有關本研究的片堆間隙是以 357 Hz 的聲波頻率計算而得,並根據聲波冷卻的原理將片堆的間隙的大小設計成接近四倍的熱滲透深度。經實驗的結果發現在 357 Hz 的頻率下,片堆間隙愈接近四倍的熱滲透深度時所得之冷卻效果愈佳。三、熱交換銅片的高度愈高其冷卻效果愈好本研究在加裝熱交換器的實驗結果發現,於相同的片堆間隙及聲波頻率的條件下,高度較高的熱交換器之冷卻效果確實會比高度較低者佳。

見光死—蘆薈薄膜的光抑菌作用

蘆薈是百合科多肉草本植物,原產地在地中海的沿岸以及南非洲附近,目前在台灣被廣泛的種植。蘆薈品種繁多,其中吉拉索蘆薈(Aloe Vera),被認為有消炎抗腫與殺菌的功效。克雷白氏肺炎桿菌(Klebsiella pneumoniae)是一種常見醫院內感染菌,免疫力較低的患者如肝炎、糖尿病人容易感染,造成肝膿瘍、敗血症、眼內炎及腦膜炎等,若能有效的控制能大大降低院內感染。本研究主要目的在探討利用蘆薈天然的性質,以達到對克雷白氏肺炎桿菌的抗菌效果。實驗初期發現添加於培養基中的蘆薈膠並沒有明顯的抑菌效果,但在後續實驗中,發現將蘆薈膠切成薄片冷凍乾燥以後製成的蘆薈薄膜,藉由光照,可使蘆薈膠薄膜表面產生未知的物性或化性變化,使生長於蘆薈薄膜上的細菌明顯減少。我認為,若是能善加利用此薄膜,例如將之放在口罩中,或是使用於冷氣機濾網,也許可以減少細菌滋生且有更好的過濾效果。因此,蘆薈薄膜具有開發類似光觸媒功能的天然物產品之潛力。

探討疏散星團年齡與視直徑大小之研究-以NGC2099為例

本研究針對疏散星團NGC2099的年齡與視直徑來進行探討,利用冷卻CCD進行恆星的UBV光度觀測,藉由拍攝到的照片進行雜訊移除、測量儀器星等及視星等修正等步驟後,繪出NGC2099星色-星等圖(CMD)並分析之,求得NGC2099的年齡約在108.5~108.6年之間,紅化值為0.1 ± 0.02,並利用距離模數公式求得該星團的距離為5433.21 ± 499.00pc,再以數星與統計方法求得該星團在赤經方向之視直徑為21 ± 0.5角分、赤緯方向之視直徑為13 ± 0.5角分後,再藉由弧長公式計算得到星團直徑在赤經方向為33.26 ± 3.84ly,赤緯方向為22.43 ±0.86ly。

從一子棋體驗數列之律動

從 8? ×? 6? 格棋盤的一子棋遊戲開始引起我們的研究興趣,進而得出一子棋是一個不公平的遊戲,而且先下者較佔優勢,但我們也解出了所有 M? ×? N 格一子棋棋盤後下者必勝的座標數列;在研究的過程中我們藉由將一子棋變形成蜂窩型棋盤時,察覺到其路徑數個數將呈費氏數增加。而一子棋遊戲規則像中國古老遊戲 ”拈 ”,所以我們發明出拈子棋,因破除了棋子走法的方位限制,也找出了後下者必勝數列而非座標數列。我們仍不滿足這樣的結果,我們知道棋手所下步數的限制會影響後下者必勝數列的生成,所以經過一連串的嘗試,我們最後把倍數的想法融入了一子棋的遊戲規則中,發明了(M,N)型棋,也找到了令人讚嘆美麗且規律生成的後下者必勝數列-泛費氏數列。