全國中小學科展

第51屆--民國100年

廚餘變身『沼』出能源

微生物分解有機質進行厭氧醱酵,可以產生沼氣等可燃燒的氣體,轉化後便是一種很棒的能源。我們嘗試用不同種類的生活廢棄物混合生態池的泥巴來製成沼氣,發現濃度愈高產氣量愈高。澱粉、醣類物質容易被分解快速產生氣體,而蛋白質則不容易被分解,產氣量較低。另外,蔬菜烹調後,因為細胞被破壞比較容易被細菌分解,因此產氣量較高,而生蔬菜則不易被細菌分解產氣量低。透過這些實驗我們發現,許多生活廢棄物經過適當處理後,都可以成為微生物的食物,並轉換成能源,充分發揮每一分價值。超高油價時代,人類必須開發及使用替代能源,沼氣就是一種很好綠色能源新亮點。

別小看這「一尺之差」—海岸沙崙與水文環保

宜蘭自古就有「龜蛇把海口」之說,而海岸沙崙正是這得天獨厚的環境產物之一。近來沿海地區的地層下陷、地下水鹽化和海嘯避難等問題一直被大家所關切,而海岸沙丘也正與這些問題息息相關。本研究藉實地踏察與既有資料以探究海岸沙崙的成因與特徵,並嘗試引用高中物理與地球科學課本所介紹的基本流體力學和地球物理原理,併合「簡易地電阻率測勘」及「監測井水位資料」進行交叉分析,以探求沙崙下的水體分布概貌(藉電阻率ρ與地層水鹽度S‰推估)。結果發現:南北縱走的海岸沙崙,高度大多超過10m,在地面上能對沿海達成防風、防鹽,甚至緩衝海嘯之效;而地面下則能把持部份淡水(水位在海平面上方1-2m)形成壓力以抑制地下鹹水上揚。故而,請別小看「一尺之差」─每一寸地下水、每一尺沙崙在水文環保上都具有其正面意義,我們不應該恣意破壞。

用電防災節能屋

設計兼具用電防災與用電節能之保護系統,並提供防範電器火災之道。電暖器或除濕機可能因為人為操作不當產生異常高溫或自燃導致火災,本作品可於發生重大災害之前,預先關閉電器,阻止高溫繼續延燒。當偵測電器周圍溫度超過40°C時,電源會立即跳電,並啟動「語音廣播」與「警告字幕」,即使住戶外出也不用太擔心,系統已關閉危險電器,「第二字幕機」仍保留顯示以便讓主人返家時可儘速掌握,字幕提供簡易故障排除技巧。設計「聲控安全插座」以及「磁性安全插座」,解決老人或小孩夜間摸黑找不到開關容易跌倒的問題,只要以聲控方式即可點燈或關燈。節能方面:自由選擇節能模式,只要外出時關門,就會自動幫你關電節能,並以有語音提示以及電表顯示耗電量。

智慧節能水精靈~冷熱大小任我行

在SARS疫情、H1N1疫情、流感疫情時期,衛生單位宣導勤洗手運動:「濕搓沖捧擦」,其中的「捧」就是清洗水龍頭,若使用紅外線感應水龍頭就可避免,搭配時間的限制還可節約用水。但是隨者季節的變化,若用溫水洗手,不會覺得冷颼颼也較有意願勤洗手,因此激發了我們研究具有「智慧」的水龍頭,導入自動調整溫度、出水量大小功能。環保節約用水方面可監控水溫,回收管內冷水,達到簡化配水管路,降低施工成本及後續維護支出。最後考量供水的安全問題,我們的研究策略是以語音方式提供現場「 濃度」、「瓦斯洩漏濃度」訊息,結合網際網路與智慧型手機對外求援,防止不幸災難發生。總之如何珍惜水資源、提升用水衛生與瓦斯使用安全,是我們研究探討的重點。

多醣類廢棄物轉化為微生物燃料電池研究

本研究以綠能概念出發,嘗試將各類富含纖維素的廢棄物先行回收,經水解處理產生葡萄糖,再以葡萄糖為養分供應微生物繁殖。微生物分解葡萄糖之機制為氧化還原反應,經由電池裝置而產生電流,順利完成廢棄物轉換為能源的目的。在水解條件中,硫酸水解效果較鹽酸佳,硫酸水解效果為8M>9M>10M>11M;而就葡萄糖產量而言,木屑相較於舊棉質品、白紙產量較低,而在30~40分鐘是三者之最佳水解時間。比較白紙及舊棉質品葡萄糖產量,舊棉質品和白紙平均濃度約相等。最初所設計的第一代微生物電池,所產生之最大電壓可高達60mV,且持續放電時間長達5小時;而改良第二代燃料電池所得其最大電壓為125mV,且電壓在100mV以上持續時間72小時,十分穩定。本研究藉由廢棄物水解所產生之葡萄糖而供應微生物發電,是綠能觀念的延伸,應用上的創新,希望往後再改良、測試電池裝置,持續提高電壓及發電時間,製作出未來的替代能源。

聲聲不息 汲汲蠅蠅—聲音對果蠅的影響

日常生活中充斥著聲音,為了了解噪音與音樂對人類的影響,我們從學界熟悉的模式生物-「果蠅」著手,以「求偶模式」作為先天行為的觀察指標,再以我們自製的「圓錐觀察器」觀察果蠅的運動能力。結果我們發現輕音樂、重音樂、低頻噪音、高頻噪音都會對果蠅的先天求偶行為與後天運動行為產生影響,而且程度不同,而又以輕音樂造成的影響最小,高頻噪音造成的影響最大。

空氣中的海綿寶寶-絲蘿吸水特性的研究與應用

本研究在了解絲蘿適應空中棲地的結構,從而應用於仿生織物。絲蘿葉片佈滿鱗片,鱗片的排列及其上的紋路有利毛細現象導水至中央的輸水孔,此導流性質使水分可快速傳遞並吸收。絲蘿烘乾之後,降低76%含水率,更能吸收水蒸氣,而鱗片排列略變紊亂,有助於短暫防水及橫向擴散水分。評估烘乾絲蘿作為仿生衣物的優劣,發現其吸水力僅略低於具特殊織法的排汗衫13%,但因適當的多孔排列,排水力反而較佳;鱗片為纖維質,具親水性,能吸附較多氨水及亞甲基藍,具除臭效果;排列所形成的多孔效應,使易散熱,再以凹面鏡造型,使具抗輻射能力,可使身體涼爽。棉線也是纖維質材質,但缺乏導流及抗熱效果,若能應用鱗片結構及排列,將有助天然排汗衫的研發。

小粉圓大學問

本研究旨在探討影響粉圓煮熟的各項因素及性質:包括物質的熱脹冷縮現象、溫度對物質的影響、物質在不同溫度下的密度變化、物質在不同濃度的溶液中的密度變化,並從力學的角度來測試物質的Q度。

就是不想藍

本實驗是利用各種生活中常見的粉類食品的調和,製作出客家藍染的防染粉糊,經由實驗測試,我們發現除了傳統所使用的黃豆粉之外,高筋麵粉、中筋麵粉、低筋麵粉以及綠豆粉加上石灰粉所製成的防染粉糊的效果也不錯。比起傳統的黃豆粉,這些粉末比較便宜,也很容易購買得到,既經濟又方便。除此之外我們也發現了將膠水與石灰粉以1:3的比例調和後,其防染效果以及耐受度均勝於傳統的防染粉糊,可讓小朋友在製作藍染作品時,有更高的成功率。

應用聲紋分析原理於建築物隱藏管路探測之研究

本研究以混凝土試體代替實際之牆壁,採用電腦軟體為研究工具測試後取得錄音檔,進行聲紋分析以輸出頻譜圖。我們由頻譜的特徵將麥克風可測量之頻率範圍分成低頻和高頻二個頻段,從中選出一組特徵頻率後加以分析比較,以找出可判別管徑和材質的差異。本研究所提出的方法,可以有效應用在判別建築物中隱藏管路之探測上,主要研究成果以下三點。一、在管徑方面:PVC管各試體頻譜圖的低頻部份出現明顯的規律性。在低頻部份,其特徵頻率隨著管徑的增加而有下降之趨勢,且均低某基準值(300Hz);在高頻部份數據受鐵錘影響,故無明顯差異。二、在材質方面:鐵管試體之圖形和數據在「低頻」部份明顯較高,PVC管試體之數據均較低;在高頻部份數據受鐵錘影響,故無明顯差異。三、在隱藏管路判別方面:可以利用「低頻」的位置當成主要的判別依據。如果試體的「低頻」特徵頻率能高於背景雜訊,將可以判定為內含管路。