微流道製作與流阻

出自 全民科學平台
於 2019年12月9日 (一) 08:16 由 吳哲源 (對話 | 貢獻) 所做的修訂
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利用玻璃細管在受熱熔融後具有延展性,完成製作微米級玻璃微流道,可以適當掌控相關參數,製作內徑微米級及長度可達數十公分的微流道;進而探究流阻與微流道內徑與長度之關係。

實驗材料:

  1. 玻璃滴管
  2. 打火機 2隻
  3. 砝碼或重物
  4. 光學顯微鏡
  5. 空壓機
  6. 培養皿
  7. 量筒

現象說明

垂直懸掛商業用玻璃滴管,底端可以加掛一物體,使用火焰槍於細管部以單側或雙側加熱加工,因為高溫使垂直懸掛之玻璃熔融流動而使細管部底端向下墜落,瞬時形成的細長之微流道。

探究問題

  • 2.1 商用玻璃滴管之細管部內徑約為1公釐,如何透過加熱使滴管延展而形成微流道?
  • 2.2 如何掌控以火炬加熱,使玻璃達到特定溫度而熔融延展?
  • 2.3 在滴管細管部何處加熱?單火炬與雙火炬可能達成的效果有何不同?
  • 2.4 滴管低端所加物體的重量,可以達成何種效果?
  • 2.5 微流道製程上還有哪些可能的變數?
  • 2.6 流阻與微流道內徑與長度的可能關係為何?

實作項目

  • 3.1 將一支商用滴管垂直懸掛,並於低端掛一重物,於細管部中間附近單側以火焰槍加熱,直到熔融而使低端延展下墬,形成微流道;使用顯微鏡檢視製成之微流道。

  • 3.2 續上,但是在兩側使用火焰槍加熱,製作微流道;使用顯微鏡檢視製成之微流道。
  • 3.3 製成之微流道,以高壓氣體由一端輸入,另一端置於倒扣之加水量筒中,觀察與記錄量筒中水面下降之速率。

分析與結論

  • 4.1 能完成微流道製作。

  • 4.2 使用顯微鏡觀察拍照製成之微流道,試著在微流道上覆蓋一層油,並觀察其差別。

  • 4.3 檢視不同方式製成之微流道內徑與長度。
  • 4.4 檢視微流道內徑之均勻度。
  • 4.5 在流阻實驗中,於固定兩端之壓力差時,紀錄倒叩之量筒水面高度對時間關係圖,藉以計算出流率。

  • 4.6 流率與壓力差的關係圖,藉以計算出流阻。

教學目標與評量

  • 5.1 能實際架設滴管與重物,進而操作火焰槍加熱滴管細管部,完成微流道之製作。
  • 5.2 以顯微鏡檢視製成之微流道,並分辨於流道上是否覆蓋一層油之差別。
  • 5.3 能分辨單支火焰槍與雙火焰槍製成之微流到之差別。
  • 5.4 能完成固定壓力差下之流率實驗,改變壓力差後重複流率實驗。
  • 5.5 能完成流率與壓力差的關係圖,藉以計算流阻。

參考資料