全國中小學科展

第三名

太陽能氫氧燃料電池複合發電裝置

一、本研究呈現一套零污染的小型能源發電系統。二、本系統名擬定名為 小型太陽能及燃料電池復合發電系統。三、本系統系使用太陽能電池,得太陽光轉換為電能,經過氫氧產生器產生氫氧後即可直接使用輸入燃料電池產生電力,或輸入儲氫金屬罐儲存及運送至使用燃料電池之地點產生電力。

花飛蝶舞-探討蝴蝶拍翅渦流與升力之關係

為了解蝴蝶飛行的原理,自製風洞及不同展弦比的蝴蝶翅膀模型,在模型中通入濃煙並 以數位相機拍攝蝴蝶翅膀上的渦流變化。發現主要有前緣渦流、翼端渦流及與翼身相交接處 的根部渦流等,進一步分析拍翅頻率和攻角改變對渦流的影響,發現拍翅不但會強化根部渦 流也會使前緣渦流向後滾,就像是一串向後移動的微型龍捲風,形成翼面有一股向上的力量, 即所謂的渦流升力。最後,把蝴蝶模型固定在自製振動座上,再將整個基座黏在電子秤上, 測量拍翅時模型所受的最大升力,結果發現當模型的拍翅頻率慢慢增高時升力會突然消失, 而頻率更快些升力又會再度出現。針對這個奇特的現象,我們運用Buckingham π 理論分析 最大升力及渦流的關連性。

色彩魔術師~紅色蠟蟬與藍色蠟蟬的秘密

紅翅蠟蟬(Lycorma meliae)與藍翅蠟蟬(Lycorma olivacea)自發現以來,一直被認為是不同種的蠟蟬,雖然最近有些人提出可能是同種的看法,但皆未被證實。 經由野外長期調查與網室內累代飼養觀察,發現其成蟲階段,紅翅型會慢慢變成藍翅型,變色的原因翅膜內色素由紅轉藍的正常生理作用,而藍翅表面的白斑是分泌白蠟覆蓋在黑斑上所致。因此證實紅翅蠟蟬與藍翅蠟蟬實為同種但不同時期之個體。 一年發生一代,生活史經卵、若蟲(1?3齡藍黑色 → 4齡橘色)、成蟲(紅翅、夏型 → 藍翅、冬型),不完全變態。卵產在枝頭下表面或是樹幹斜背下表面,以卵越冬,翌年4月若蟲孵化,經四次蛻皮,約6、7月開始羽化成紅翅型, 10月全部變成藍翅型,才會交配、產卵,成蟲壽命長達4?8個月。

硫酸銅溶液濃度的測定

有一天,在上完硫酸銅沈澱的實驗後,老師說:「硫酸銅是一種具有毒性的化學藥品,實驗完如果倒人水溝,會把水中生物都毒死了,流人河川,河川也會被污染,所以實驗完的硫酸銅水溶液,要用容器裝起來,以免造成污染」我當時便問:「回收的硫酸銅水溶液,只能等它慢慢蒸發成固體,才能再使用嗎?」老師回答說:「我們不知道這些倒回來的水溶液,濃度是多少,假如實驗時需要濃度 10 %的溶液,那就沒辦法調成想要的濃度了,除非已知這些回收液體的濃度是多少。」我接著問:「那有什麼方法可以測量硫酸銅液體的濃度呢? 」老師說:「您這個問題我們可以一起來研究看看。」於是,老師便找我和同學,利用課餘時間,一起來探討這個問題,以下是我們一連串的研究活動。

愛玉~愛在凍結時

愛玉製作的建議比例是【愛玉子:水=1:100】,此比例於常溫下約放置30 分就可達到不錯的凝結效果。低溫不利於愛玉的凝結,搓揉後置放地點的溫度越高,愛玉凝結的速度越快,且搓揉後置放地點的溫度高低對愛玉凝結速度的影響大於搓揉時水的溫度高低。搓揉時間會影響愛玉的凝結速度,但對彈性影響不大,最多搓揉時間不要超過15 分鐘。愛玉放置越久,化出來的水會越來越多,須儘早食用。用雙手搓揉是製作愛玉最好的方法。用白開水、糖水、綠茶也可以達到不錯的凝結效果。利用肥皂水測試所用的水的硬度,鈣、鎂含量最多的是~枕頭山水火同源、枕頭山標高300M 的水,這些水來自石灰岩地區,所含礦物質十分豐厚,因此愛玉能在2-5 分鐘就馬上凝結了。在蒸餾水中添加不同劑量的氯化鈣、氯化鎂、氫氧化鈣,結果中性的氯化鈣、氯化鎂溶液無法使愛玉凝結;但是若加入適量的飽和澄清氫氧化鈣溶液是可以使愛玉達到很不錯的凝結效果的,過量或不足都會讓愛玉顯得太軟或根本無法整片凝結。我們無法由溶液原本的pH 值來判別是否能使愛玉凝結,但愛玉在經過搓揉後會使水溶液的pH 值降低,等到完全凝結後的pH 值會更低。

水中的殺手--漩渦

水中漩渦是個十分神秘的東西。根據我們的研究,一旦被捲入漩渦中轉速可達到 1 秒 5 圈的自轉速度。再利用紅色的色素水觀察漩渦的水流流動後,我們知道在水面沒有明顯旋轉現象時,水裡已經有旋轉的產生。水底孔徑越大的漩渦產生速度越快也越大,外加力量旋轉後,漩渦的形成速度也更快。在漩渦漏斗中間,部分以螺旋狀向下旋轉的水流會有反彈的現象,產生的原因之一可能是我們找出來的一股由漩渦底部逆流而上的水流所造成的。我們進一步利用小白菜種子代替紅色色素水後發現,這種像毛毛蟲般逆流而上的水流,他逆流而上的動力可能是來自漩渦結構快速旋轉時造成的。最後我們又利用旋轉石在底部沒有洞的容器中產生漩渦,結果一樣很特別,值得深入研究。

電池 DIY

本實驗使用日常生活中隨時能找到的硬幣與金屬和一些電解質,希望能做到點亮燈泡的目的。經由先導試驗的電極材料測試選擇後,以銅、鋁作為陰極和陽極,廚房紙巾承載電解質,利用三用電錶測量多種電解質製成電池之電壓與電流。系統化地測量後,找出其中最安全、最具經濟效益的電池組,加以串聯點亮燈泡。一、本實驗發現:(一) 電池電壓的大小隨電極材料而改變;(二) 電池電流量的大小與電極面積、電解質濃度、電解液厚度、電解質種類有關係;(三) 硫酸和鹽水是最具經濟效益的電解質,其中又以鹽水為最安全與最容易取得的電解質;(四) 電池串聯時,電壓能夠累計;(五) 緊密度影響毛細現象。二、本實驗成功製作出能夠驅動小型電器的電池,並能持久使用。

揭密「磁浮列車」

從小,我就對磁鐵這種礦物感到新奇,而近幾年又出現一種利用電磁鐵的磁極變化來產生動力的交通工具----磁浮列車。所以我就上網蒐尋相關資料,結果卻意外的發現一整套的磁浮列車模組,因此我就針對它的各種模式加以變化,並將地形的變化融入研究中,做為這次的研究方向。在這次的實驗中,我探討了(1)磁軌排列方式及間距(2) 車底磁鐵的排列方式、方向及間距(3)側面磁軌NS極、堆疊數目及間隔,並在最後將以上的最好變因融入高低起伏的地形中,做出一款只需些微動力就能向上、下滑行且效果最好的磁浮列車。

中古屋改建成綠建築之研究

本研究在探討如何將中古屋改建成綠建築,以製作縮小1/25和1/30比例的平屋頂之中古屋建築模型,包含:傳統雙拼之中古屋、增建雙層牆、增建通風塔、含雙層牆以及通風塔等。另改變屋頂形式為斜屋頂,經由比較屋頂形式測試其功效。實驗中通風塔採用形式亦是關鍵,故亦單獨測試各種形式之功效及環境變異之差異。實驗方式為利用電子溫度計觀測各層樓在不同時間之溫度。以及觀測不同形式通風塔之溫度,進而找出最佳之改善建築物室內環境舒適度的方式。根據實驗數據顯示,改建為具雙層牆、通風塔和雙層斜屋頂之中古屋較傳統雙拼中古屋之室內溫度下降約4度。通風塔形狀為矩形、厚度越厚、高度越高、斷面積為2×2時最有效果。

殺菌大對決~如何確保食用生魚片的安全

2008年衛生署公佈國內食品中毒通報統計,1-6月已發生133件食品中毒案件,而中毒原因以細菌引起比例最高。由於大部分的細菌可透過煮沸法殺菌,只要注意食物的加熱時間、衛生和正確保存,大部分可以防止食品中毒。相對於吃生魚片,由於沒有經過烹煮過程,引起食物中毒的機率大增。本報告經過抽檢市面上生魚片的生菌數,發現市面上生魚片生菌數含量超過衛生標準的比例偏高。透過實驗和研究,測試各種生活中殺菌物質是否可應用在生魚片殺菌上,並找出不影響生魚片口味而且具殺菌能力的方法。最後建議吃生魚片時,先將魚肉浸泡5%檸檬水加1%食鹽水15秒,再用冷開水沖洗10秒,然後再沾調味料,既可享受美食又能吃得健康。如果當時沒有檸檬,可用可樂代替,也有部份抑菌效果。