暖暖包與史特林引擎

原始設計者：蕭志堅, 李仲庭

簡介：

利用暖暖包與外界溫差使引擎內部封閉氣體持續壓縮及膨脹，進而產生動力推動引擎。

活動設計

活動一:控溫高手

(一)、目的

調整鐵粉、食鹽、碳粉、水的混合比例來精準控制暖暖包的溫度。

(二)、原理

• 利用鐵粉與空氣中的氧氣進行放熱的氧化反應；
• 加入適量的水與活性碳(保水功能)會更易於鐵粉進行氧化還原
• 並加入氯化鈉作為催化劑加快反應，增加放熱速率。

=(三)、材料

• 大會準備：

  鐵粉100g、食鹽20g、活性炭30g、水、電子式溫度計、碼表。

• 自備：
  • 市售暖暖包透氣包裝袋數個、秤重工具(天平或電子秤)、測量體積工具(限使用針筒、量筒、滴管)
  • 刮勺、油性筆、抹布、隔熱手套、護目鏡、燒杯數個、夾鏈袋數個、塑膠盆一個。

(四)、製作

利用材料調整比例，製作出三個暖暖包(A、B、C)，使其放熱時目標平均溫度為50 °C、60 °C、70 °C。

(五)、評分

• 參賽選手取出暖暖包材料放入透氣袋中，滴入適量的水後，將電子式溫度計放置在適當位置後，開始搓揉 5 秒 後立即停止，使暖暖包開始發熱。

  

• 評分人員則同時開始計時，第40秒起每 5 秒紀錄溫度至 80 秒(共9組數據)，九組數據平均後，對照計分表上對應之成績，為該次操作成績。

  

• 三次操作結束後，將三次成績加總即為活動一該隊總成績。

(六)、探究問題

• 暖暖包材料比例對溫度的影響。
• 搓揉的方式與力度對溫度上升的影響。

活動二：史特林引擎

(一)、目的

利用暖暖包與外界溫差使引擎內部封閉氣體持續壓縮/膨脹，進而產生動力推動引擎。

(二)、原理

• 利用熱源(暖暖包)使底部空氣膨脹，移氣活塞(保麗龍或PP板等)向上運動。

  

• 移氣活塞上部氣體受到壓迫，一部分推動動力活塞使輪盤運動，另一部分由周圍往下至移氣活塞下方受熱膨脹。

  

• 動力活塞轉動帶動曲軸(飛輪) ，曲軸帶動移氣活塞向下運動完成循環。

(三)、材料

• 大會準備：轉速計
• 自備：
  • 活動一製作的暖暖包D、鐵鋁罐(或洋芋片罐)數個(可先裁切好所需之數量與大小)、透明塑膠片一片、光碟片一片、保麗龍或PP板一片(可事先裁切)
  • 鐵絲一捲、風箏線或棉線(一段) 、螺帽數個、鉛筆蓋一個、氣球皮、三秒膠、保麗龍膠、AB膠等。
  • 絕緣膠帶、鉗子、美工刀、切割墊等。

(四)、製作

• 參賽人員製作時間內，利用大會指定的材料製作出史特林引擎。以及驅動引擎的D、E兩個暖暖包。
• 參賽人員取出D暖暖包夾鏈袋後，加入適量的水搓揉20秒後，立即將暖暖包放置在史特林引擎下方。

  

• 放置下方同時，評分人員撥動史特林引擎使其轉動10秒後，開始計時一分鐘，並測量記錄一分鐘內輪盤旋轉的總圈數=所得分數Y1。
• 參賽人員取出E暖暖包夾鏈袋，重複一次操作得到分數Y2。
• 兩次分數取高分者即為該隊活動二總成績。

(五)、探究問題

• 暖暖包的熱度對引擎運作效果之影響。
• 移氣活塞材質對引擎運作效果之影響。
• 動力活塞材質對引擎運作效果之影響。
• 上方散熱效果對引擎運作效果之影響。