全國中小學科展

臺灣

哇嗚!!原來聲波真的可以滅火耶

本研究旨在改善火災應對技術,探討聲波滅火器的設計與優化。利用COMSOL Multiphysics軟體模擬聲波的物理特性,並透過實驗驗證模擬結果。結合程式設計驅動功放單體,測試多種頻率與角度的變化,深入探討聲壓頻譜、聲強、聲功率等物理特性。研究過程中發現,Q值是影響滅火頻率的關鍵因素,70Hz為最穩定有效的頻率,聲壓、聲強、聲功率的量測數據均再次證實此為最佳滅火頻率的推論。 這一創新發現為聲波滅火器設計和優化提供了新科學依據,相較於過去的錯誤嘗試法,我們通過專業軟體模擬並實驗驗證,再次驗證了Q值在滅火頻率中的關鍵作用的推論。未來將進一步探討聲波對火焰燃燒機制的影響,結合MLX90640紅外線熱顯影技術,以科學方法深入研究。

四海聲頻—具近用性之水下聲音頻率測量系統建立與Phyphox軟體測量值規律探討

本研究自製消費性電子產品為基礎的水下聲音頻率測量系統,並探討不同變因對測量效果的影響。希望透過設置簡易且普及性高的器材,解決目前水下聲音測量儀器近用性低的問題,讓海洋噪音汙染相關研究可以更為普及,促進環境科學數據的收集效益。本研究使用Phyphox軟體分析頻率,發現音源頻率遞增時頻率差有規律的變動,於是深入探討頻率差成因並使差值最小。最後將此系統應用於實際水下聲音頻率測量,觀察聲譜的頻率分布特徵,辨識顯著背景噪音並驗證其實用性。

鑑色~藍染動力進行式

傳統藍染,染個深藍色的布,需要反覆侵染二、三十次才行,而每一次洗滌,都是藍水會對環境污染!我們自製鑑色儀器的設計,以白光照射吸光儀,讓光敏電阻感光後,測量一般電阻電壓大小,以不同濃度製作檢量線比較染液濃度;染布鑑色儀則是以GY-33顏色感測器校正後,快速測出色布上同樣區塊面積的RGB值,再利用線上顏色代碼轉換工具,轉換成HSB 值來分析染布顏色。而染布動力的部份我們想把一直都是用塑膠積木製作的二~六槳水車更新成金屬,然後再次比較出不同水位負載物的氧化及還原轉速,希望能找出最佳水車運轉速率及水位高度比,為了因應長度較大的藍巾,水車轉動還加入程式控制順逆轉軸的動力輪替。最後,我們比較增加風速或溫度可否加速藍染氧化之定色,讓精準快速的藍染文化成為可能。

靜電密碼-無接觸電極感應探究

在求學階段大家對靜電這個名詞都不陌生,但基本上都只能背誦,例如毛皮摩擦塑膠尺,毛皮帶正電,塑膠尺帶負電;絲絹摩擦玻璃棒,玻璃棒帶正電,絲絹帶負電。靜電確實存在,而且稍碰即逝,接觸到的當下,電子瞬間就會導引掉,所以我們很難利用接觸的方式去測量。 本研究主要針對靜電的電性進行探究,從基本靜電實驗開始,逐步深入探討, 並利用電晶體可以放大訊號的特性,將電晶體串聯起來,增強放大效果。結合LED燈與蜂鳴器做為指示燈與警報器,當有微電流靠近時,警示燈與警報器便會通電,由燈號、聲響可以快速的判斷是否帶電,與電的極性。最後再進行改良,使系統能在準確、快速、安全且便宜的前提下讓所有學生不必再用死記硬背的方式記錄,並以實驗記錄取代,在工程上也能使用此系統在無接觸的情形下進行電力判別,使施工、維修能更加安全,大大的改善生活。

「稻」出「鋁」想「充」能力

本研究利用農業廢棄物再加工後的-炭化稻殼,經食用醋處理後搭配環保防水明膠配方製成碳紙電極,作為可充式鋁電池的正極材料;負極則是在鋁箔上塗一層較環保無毒的PVA;電解液使用2M氯化鋁/0.1M食鹽水/5g醋酸鈉,吸附在濾紙上,成功製作出可充式「炭化稻殼紙/鋁電池」,充放電循環3次後,放電的初始開路電壓最高可達1.296V,初始短路電流可達137.1mA,串聯兩個電池後,成功使LED燈發光持續至少72天,亦可推動風扇在約4mA的工作電流下維持215分鐘。 本作品多使用食品級的環保材料,較以往作品具有低汙染、低成本、超輕薄、可充電、可彎曲等多項優勢,充電後的穩定性更優於市售石墨片電極,可連續充放電至少5次,期待能為大型儲能系統添加一股永續環保的新契機。

「蜈」可取代的多腳魔王-探討長足衛蜈蚣的型態與生態行為

長足衛蜈蚣Rhysida longipes是台灣常見的蜈蚣,棲息在潮濕、陰暗的隱蔽處或泥土與腐植土,族群為叢生分佈。春夏季是成蟲交配與產卵高峰期,生存曲線為平均死亡型。幼蟲蛻皮八次成為成蟲,由頭部往尾部蛻皮。體長與棲息土壤深度呈正相關。少水土壤會鑽入較淺的表土層,無水土壤會鑽入較深層。氣溫過高或過低,棲息在深層土壤。喜愛捕食會動的昆蟲,耐餓程度高,會清潔步足、觸角。有趨地性、負趨光性。成蟲對水的耐受度比五齡幼蟲高。最喜愛棲息在腐木高保濕性的遮蔽物。小型棲地,蜈蚣領域重疊度高,打鬥頻率最高。主場蜈蚣容易攻擊客場蜈蚣,將入侵者視為競爭對象,有較高的領域防衛行為。大型蜈蚣攻擊小型蜈蚣次數較多,在咬合與攻擊對方時較佔有優勢。

自製幾丁聚醣化身紋身貼紙

研究生物材料的幾丁聚醣萃取及去乙醯化程度測量和製膜方法,並且製成自製幾丁聚醣紋身貼紙。以滴定法測量不同生物材料的去乙醯化程度,發現室溫下甘油加超音波再經檸檬酸萃取方法,胭脂蝦的去乙醯化程度最高81.7%。找到最環保萃取法:甘油處理後加蛋白酵素去除蛋白質,經20%檸檬酸浸泡及40%蔗糖萃取,能去除蝦殼中碳酸鈣,再以40%氫氧化鈉溶液100C加熱2小時,製成的自製幾丁聚醣去乙醯化程度88.2%和市售88%相近。以1g自製幾丁聚醣加4%醋酸40mL的成膜比例,經電解後加果膠,再浸於2%氫氧化鈉溶液後加天然色素,可得到具黏性、拉伸強度大、不產生澎潤、遇酸鹼溶液能變色且菌落數低13.67RLU的自製幾丁聚醣紋身貼紙,也可推廣至食品保鮮貼紙。

雷射光通過透明溶液產生繞射的研究

雷射光的強度從中央軸往邊緣遞減,當雷射光束照射到透明且會吸熱的溶液時,溶液吸收的熱能使溶液形成溫度梯度,伴隨著產生折射率梯度。同時抵達溶液界面的光線通過溶液後在出口處有相位差,光線互相干涉,在屏幕上出現繞射圖樣。 本實驗採用水、乙醇和葵花油當溶劑;過錳酸鉀、甜菜根紅素、螢光素、和酪梨油等高衰減係數物質當溶質,用起偏器改變雷射光的功率;探討雷射光通過溶液產生繞射圖樣的暗紋數目以及最大半徑的差異。雷射光的功率、溶液的吸光率、熱光係數、折射率變化,溫度變化、和熱導率為主要的探究變因。 利用簡易的器材,不但可以研究雷射光通過透明溶液產生繞射的現象,還可以應用到藥品純度的檢測,以及食用油摻雜量的檢驗。

數列DNA—等差數列的質與合

本研究取材自科學研習期刊的數學專欄題。 給定一個正整數數列,如果數列元素可以寫成這個數列的某些項的乘積,就稱該元素為這個數列的合項,否則稱該元素為這個數列的質項。 我們將研究聚焦於等差數列,並成功發展出首項為1,以及首項=公差-1之等差數列的合項快速篩檢模式,更進一步發現「首項的冪次模公差的週期性」,對於判斷任何等差數列的合項性質都具有關鍵作用。 我們證實存在「完全由質項構成的等差數列」,也觀察到梅森質數在特定的等差數列中可以作為其質項。 最後,我們修改質數定理,成功預估了首項為1、不同公差等差數列的質項密度。本研究為為理解數列的結構與性質提供了全新的工具與視角。

以校園望遠鏡觀測木星及其衛星的光譜

本研究利用校園2023年底晴天率高的冬季觀測木星及其衛星的光譜,累積的資料初步確認光譜觀測於藍端(可見光偏短波長端)的強度變化較紅端(可見光偏長波長端)明顯,因此,若能用紅端來做為星球之間的交互作用影響會比較適合。本作品也把木星及其衛星埃歐(Io)逐日進行比對,利用紅端較不受影響的前提下,得出在11月3日時木星衝觀測當日光譜藍端有較佳的吻合,推測除了仰角與大氣影響,太陽光反射的角度也會對觀測結果有所影響。最後,本研究由埃歐(Io)光譜的進階光譜分析可以得知,不同日期的響應曲線會有些微的變化,推測可能是火山噴發的作用影響。