暖暖包與史特林引擎

出自 全民科學平台
於 2022年5月17日 (二) 08:40 由 黃鈴諭 (對話 | 貢獻) 所做的修訂 (已建立頁面,內容為 "分類:就是玩科學 設計者:蕭志堅&李仲庭 ==活動設計== ===活動一:控溫高手=== ====(一)、目的==== 調整鐵粉、食鹽、碳粉、水…")
(差異) ←上個修訂 | 最新修訂 (差異) | 下個修訂→ (差異)
前往: 導覽搜尋

設計者:蕭志堅&李仲庭

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。