全國中小學科展

第51屆--民國100年

綠能機--利用回收磁碟機進行小型水力發電之開發研究

2007年根據國際能源總署的統計人類主要能源的供給有83.2%來自燃燒石油及煤碳,而這些化石燃料燃燒過後會釋出大量的二氧化碳造成溫室效應。另一方面,由於科學的日新月異,資訊設備汰舊換新的速度也跟著加速,這些廢棄的資訊設備不僅佔用空間也會因為隨意的丟棄進一步的造成環境污染的情況。因此,我們想利用廢棄的電腦磁碟機與光碟片進行小型水力發電機(以下稱綠能機)的開發,希望藉此推廣,能降低化石燃料的使用減緩地球暖化的速度,以實際的行動來愛護地球。研究發現:一、 葉片數無論是3葉片、4葉片、6葉片、8葉片,當葉片的角度越大時,綠能機所提供的電壓也就隨著角度的增加而逐漸上升。二、 葉片的角度為90o時所產生的電壓均為該葉片組的最大電壓。並且葉片角度為90o的八葉片產生的電壓為4.5伏特,是實驗中的最大電壓。三、 利用電腦磁碟機所製作的小型發電機在三葉片45o時能提供電壓到3V。四、 葉片角度為20o時,綠能機所提供的電壓均為2伏特。五、 上述電力均能有效提供LED燈所需的電力來源。六、 我們將「綠能機」與「橋式整流器」整合在一起,發展成為「綠能機電力儲存模組」,利用這個模組我們不僅能將綠能機所產生的交流電轉變為直流電,更能將綠能機產生的電力儲存起來,讓綠能機白天所產生的電力儲存在充電電池中,並將電力有效的在夜間提供LED燈使用。七、 「綠能供電系統」儲存在充電電池中的電力,可以利用市售「立可充隨身充電器」將充電電池的電力為手機進行充電。讓「綠能供電系統」產生並儲存起來的電力,能多元的利用在其他低電壓需求的電器用品。 結論:實驗證明,利用電腦回收磁碟機所開發的「綠能機」,能產生低電壓電力。因此,颱風季節或雨量豐沛季節我們可以利用這些豐沛的水量進行小型水力發電,所產生的電力可以提供夜間或颱風等多雨的季節LED照明之電力來源。如此,不僅可以減少能源電力的需求,颱風季節停電時也可以增加空間的亮度,以提升夜間活動時的安全。此外,我們將「綠能機」與「綠能機電力儲存模組」結合而成的「綠能供電系統」,不僅可以將「綠能機」所產生的交流電轉換為直流電,進一步的也能夠將電力儲存在充電電池中,讓儲存的電力能夠適時的提供給LED燈作為電力的來源。另外,我們利用市面上販售的”立可充手機隨身充電器”,將「綠能供電系統」儲存在充電電池的電力為手機電池進行充電。表示「綠能供電系統」產生並儲存的電力,能廣泛且多元的使用在許多低電力需求的電器用品中。

『糞』勇作戰—牛糞對抗重金屬

本研究是以牛糞中的可溶性磷酸鹽吸附水中及土壤中的重金屬離子,減少Cu2+及Ni2+的溶出。成分分析發現發酵後的牛糞磷酸鹽的含量相當高,依理論可和重金屬離子產生沈澱。透過實驗,我們發現若將牛糞置於Cu2+、Ni2+水溶液,能有效穩定Cu2+、Ni2離子,在進一步模擬土壤淋融的實驗中,超過99%的金屬離子被固定於土壤,因而在應用上,可預防重金屬污染地下水源。而已穩定的重金屬離子牛糞可以取出,製作成活性碳觸媒,在應用上可將亞甲基藍溶液及染料工場實際的廢水脫色,證實可達到將重金屬回收再利用的目的。

穩定磁場中帶電離子的移動速率

帶電粒子在均勻磁場中的移動,會受到磁力的交互作用,藉以改變電解質的濃度、磁場強度以及電解液中的電流強度,溶液中的帶電粒子便會產生不同的移動速度,經由簡單的實驗設備,讓溶液中的電子受磁力作用進而偏轉,再去藉由所量測的時間以及圓周運動的圓周長藉以推算出電解質在磁場中的移動速率,推論出,當離子的移動速度越大以及外加的磁場越強,溶液中帶電粒子本身的因磁力所造成的向心力也就越大。且電解質溶液導電後,在不同濃度時測量其電壓及電流來討論電阻值與不同濃度間的變化關係。

滾動棋積—三角正多面體與滾積木遊戲

本研究探討由正三角形所組成的正多面體及其展開圖的型式,多面體的其中幾面塗上顏色,在同樣由正三角形所組成的棋盤上翻滾,找出翻滾產生的規律,並自創新的滾積木遊戲。

Windows 虛擬示波器

在電子學實習以及基本電學的實習課程中,常常會有同學無法完成課本上的工作內容,在仔細觀察後,發現大部分同學都是因為對儀器的不熟析,才會遇到困難,其中又以示波器的各種問題最為普遍,雖然老師都有一項一項講解儀器上各個旋鈕以及按鈕的使用方式,但同學都沒有注意聽,因為大家都覺得這部份的課程很無聊,卻都沒有想到這對接下來的課程有著極大的影響。購買一台示波器的費用頗高,一般學生當然不會為了練習而買示波器,學生對儀器的使用方法一知半解,在實習工作的過程中會量測到錯誤的數值,或記錄下錯誤的波形,如果能夠讓學生回家之後也可以練習,勢必可以提高大家對於儀器使用的熟練度。

水鳥笛發聲機制之研究

本次科展以探究自製水鳥笛的發聲機制為主題,主要因為地區有許多特有鳥類,希望這個實驗可以做為未來模擬鳥類發聲水鳥笛研究的參考,也可以作為地區發展體驗觀光的參考。本研究分別以無水與有水時的發聲情形做探討。在無水時分別觀察吹管與內吸管粗細、長短與頻率的關係。有水時則探究何時發生多頻音,而在產生多頻音的情況下,影響的發聲的因素有哪些。結果發現無水時水鳥笛發出單一頻率之聲音,且內吸管越長頻率越低,與內吸管粗細、外吸管長短、外吸管粗細無關。在有水的情況下若水位不及內吸管底部,則發出的聲音與無水時相同;若水位高於內吸管底部,則產生多頻聲音,且水位越高多頻變化越快。

抓得住太陽的水透鏡

想要提高太陽能電池效率因而製作水透鏡加在太陽能電池上,利用凸透鏡聚光效果來增加效率。水透鏡的優點是可以改變焦距、方便耐久。過程中自製水透鏡並設計實驗平台測量不同塑膠膜片透光度、水透鏡聚焦特性、水透鏡增加光功率效果、水透鏡增加太陽能電池輸出電壓實驗以及實際在戶外陽光下測試水透鏡對增加太陽能電池效能的影響。實驗結果發現:光功率最高的膜片為EFTE膜;灌入不同水量可改變水透鏡的焦距;在焦點時光功率最大;焦距越短光功率越強。加上水透鏡後提升電壓輸出增加20.4%;單位面積電壓輸出更達原來的248.1%。戶外實測結果顯示天氣晴朗時,水透鏡使效率大幅增加,最大可達192%,平均亦可達84%。因此加上水透鏡後確實能增加太陽能電池的輸出效率。

比比誰最吵!不同音箱的響度差異研究

本研究在實驗不同弦、彈撥工具、收音位置,以及音箱的材質、厚度、硬度、高度、外圍大小、外圍形狀、音孔大小和音孔形狀對共鳴響度的影響。過程中自製30個音箱,並經三次改良製作2組調弦架。實驗操作共進行2次,結果為:1.不同的弦所產生的響度差異不顯著;2.厚度愈厚的撥片所產生的響度愈大;3.音箱內中間偏下方為產生最大響度的收音位置;4.瓦楞紙材質所產生的響度比馬糞紙、泡棉、軟木為大;5.厚度愈薄的音箱所產生的響度愈大;6.音箱硬度愈硬產生響度愈大;7.體積愈大的音箱所產生的響度愈大;8.音孔大小愈小的音箱產生的響度愈大;9.正多邊形音箱邊數愈多產生的響度愈大;10.音孔在兩側的音箱比音孔在中間的音箱產生較大的響度。希望研究結果提供未來自然與生活科技「聲音與樂器」單元教學之用,以及學習樂器時更能理解聲音共鳴原理。

「水」中送「碳」—活性碳對各類水溶液的吸附研究

本研究主要探討活性碳可吸附哪些物質種類。以屈折度計檢量法測無色鹽類濃度,以光度計測有色鹽類濃度,發現活性碳對金屬鹽類溶液的吸附能力不強。活性碳對平面分子型染料的吸附能力極佳,吸附程度大小:亞甲基藍 > 亞甲基紫 > 亞甲基綠,與分子平面間距離有關。活性碳對三種有機酸的吸附:發現吸附程度大小為:己二烯酸 > 丁烯二酸 >草酸,推測:活性碳對有越多π鍵的分子,吸附能力越大。在活性碳濾紙碳囊吸附甲基紅的各項實驗中發現:活性碳質量多、溫度高,吸附量大。但在吸附20小時後或35oC以上,會達到吸附與脫附平衡。甲基紅、亞甲基系列四種分子與活性碳的吸附,符合Freundlich恆溫吸附模型良好的線性關係,也證明π-π interaction確是它們之間主要吸附力。

甜蜜的負荷-負子蟲全記錄

本研究主要記錄負子蟲(Diplonychus rusticus)生活史中各蟲期的形態特徵,也探討其生態棲位與動物行為。野外採集性別比約1:1,從卵經五齡時期到成蟲約需51.8天。成蟲為肉食性動物,且面對不同獵物有不同的取食策略,實驗中發現負子蟲有獨食行為及合作群食行為,其刺吸式口器內的唾液具有麻醉功能。在有雌性環境下,雄性求偶時才有伏動的行為,交配一次產卵一粒,產卵順序:從雄蟲背部翅鞘末端開始,直至小盾板位置。實驗中也發現非親生雄蟲不會有「親養投資」。負子蟲是一種適應力很強(水陸兩棲)的水生昆蟲,若發現有負子蟲死亡的水體,該水體可能屬於重度汙染或表面水體有不透水物質覆蓋。另外,實驗中還觀察到負子蟲大多以成蟲形態越冬,並有假死、挖掘等有趣行為。