手機免插電喇叭

    最近在社群網站上常常看到有人在討論一個有趣的產品，利用一張紙摺成一個iphone專用的免插電喇叭(http://kidolo.com/eco-amp-iphone-amplifier/)，真有這種好康的事情嗎？

    其實大家只要仔細觀察就會發現，這個喇叭摺成一個圓錐狀，放在手機的喇叭口上，就好像是大聲公一樣的造型，其實這樣的裝置並沒有放大聲音能量的效果(不符合能量守恆啊~)，只是利用圓錐狀的造型，將聲音利用反射集中在圓錐狀喇叭的正前方，加上圓錐內部的空間也加強了空氣的共振效果，因此如果你在喇叭的正前方，聽起來就好像聲音放大了

    有趣又有創意的小發明，但要價不斐(聽說一個要價7.99美金)，其實大家也可以在家DIY，簡單又方便喔！將紙杯底部裁下，調整紙杯底部的寬度使其剛好可以放入手機裡，注意須放在喇叭口的地方喔，聽聽看！聲音是不是變得更大聲也更清晰了。

天津大爆炸

最近亞洲各地天災人禍不斷，尤其是臺灣的塵爆事件和天津的大爆炸，更凸顯了因為科學知識不足，導致許多不必要人禍災害的「理盲」^(註1)危機，就以天津大爆炸的這次事件來說，雖然大陸官方封鎖了許多消息，但透過媒體的報導，仍可拼拼湊湊的了解一些概況，其中許多媒體都將第二次的爆炸指向是對當時災情的不瞭解所導致，相關報導節錄如下：

蘋果日報2015年08月14日12:43 蔡碧月／綜合外電報導

    天津大爆炸的原因，目前仍在追究中。南方周末昨天發出一則報導，指稱消防員未被告知不能用水滅火，以致釀禍。文中引用第一批前往火災現場的消防員說法，指當時還沒有爆炸，第一批投入的消防隊員人很多，有100多人，現場並無人告知他們有不能沾水的危險化學品。大家就按照正常途徑用水來救火，大概噴水10多分鐘，聽見啪啪啪響。先是一個小爆炸，後來就出事了。…
    …據此前央視報導，爆炸8個多小時後火還沒有熄滅，原因之一是因為易燃物中含有電石，目前正用沙土掩埋火勢。而據新京報報導，據現場消防指揮部消息，當時發生爆炸的地點存放著硝酸鉀、硝酸鈉等硝酸鹽物質。這些固體氧化劑遇熱、碰撞都容易爆炸。…
    …該消防員說，大家就按照正常途徑用水來救火。自己是「二板車」（音），負責給前面的車供水。 「開始是一個集裝箱，大概噴水10多分鐘，聽見啪啪啪響，然後集裝箱就亮了。先是一個小爆炸，後來就出事了。」…
    …8月13日上午，國務院事故調查組確定幾點工作思路第一點就是「由於危化品數量內容存儲方式不明，暫緩撲滅，確定好具體方案再實施」。…

    發生火災時的滅火方式從科學的角度來說，只要能去除燃燒三要素其中之一，就可以阻止燃燒反應(氧化反應)的發生，也就是去除可燃物或去除(隔絕)助燃物或降低溫度(未達燃點)，一般我們會灑水滅火，主要的原理就是降低溫度，但如果可燃物的種類不同，灑水不但無法滅火，還會使得火勢更加嚴重。因此，根據不同種類的火災，其實我們所運用的滅火方式也要跟著調整才行。

    一般我們會將火災依可燃物的種類，分成四種類型，適合的滅火方式也有所不同，簡述如下：

1.     A類火災

一般最常見的火災，例如木材、紙張、衣服、塑膠等所引起的火災，通常會利用灑水降溫來滅火，也是一般人對「滅火」最普遍的認知。

2.     B類火災

由可燃性的物質(包含固態、液態、氣態)所引起的火災，如：油類、汽油、酒精、瓦斯等，此時就不能貿然用水直接撲灑，可能會使得部分密度小的油類因為水的流動擴大了火災範圍，甚至工業上的火災(如儲油槽爆炸)可能因為灑水反而和有機物因高溫碳化產生的碳反應，產生水煤氣(C+H₂O_（g）→CO+H₂)，反而更糟糕！

因此這類火災最好的方式就是阻隔助燃物(氧化劑)，也就是隔離空氣，最有效方便的方式就是乾粉滅火器或二氧化碳滅火器，酒精燈利用蓋子蓋上熄火也是這個原理。

3.     C類火災

因電力設施或電器產品使用不當，或電力超載所引起的火災。此類火災若未將電力確實斷電的情況下，最擔心的就是怕導電性的滅火方式(如灑水或泡沫)使得救災人員觸電，因此若未確認現場是否斷電，也不可貿然灑水，若已確認斷電，就可以當作A類或B類火災處理。

4.     D類火災

由活性大的金屬(如鉀、鈉、鎂等)或其他會和水反應的化學物質(如電石、強酸強鹼等)所引起的火災。這類型的火災最為特殊，通常都是在專業的化學實驗室或是化工廠等可能堆放大量化學藥品的場所，因為這類化學物質會和水反應產生如氫氣、乙炔等可燃性的氣體，或本身和水反應後產生高溫，此時灑水反而會助長火勢，甚至二氧化碳也可當作此類金屬的氧化劑(助燃物)，因此也不可貿然使用二氧化碳滅火器。

這類火災必須先知道現場的化學物質為何，才能使用對應的滅火方式^(註2)。

   

    此次天津大爆炸就是屬於D類火災，根據報導文指出，火災現場堆放了大量且不同種類的化學物質，包含了硝酸鉀、硝酸鈉等氧化劑，這些硝酸鹽類在高溫的狀況下，都會分解產生氧氣(2KNO₃ → 2KNO₂+O₂)，使得現場的燃燒更加劇烈，若單純只有硝酸鹽類，灑水確實可以抑制現場的燃燒，但如果還有俗稱電石的碳化鈣(CaC₂)，灑水就成了要命的行為！

    當電石遇水會產生乙炔（C₂H₂），反應式CaC₂ + 2H₂O → Ca(OH)₂ + C₂H₂，乙炔氣屬於易燃性氣體，若大量產生，現場溫度又高，就會發生致命的大爆炸，現場指揮官沒有在第一時間掌握火災種類，使得一般常用的灑水滅火方式反而相對助長了火勢，慘劇就這麼發生了，是意外？還是人禍？不可不慎啊！

    根據報導，後來指揮官採取砂土淹埋火勢，想一想，這又是利用哪一個原理來滅火呢？相對於灑水的方式是否比較安全呢？

註1：

不識文字的人通常稱為「文盲」，我們或許也可以稱對科學(理科)常識不足的人為「理盲」。

註2：

不同化學物質燃燒的處理方式可查詢物質安全資料表，http://ghs.ntut.edu.tw/sds/SdsQuery_index.jsp

簡易直交流電供應器

簡易直交流電供應器

壹、前言

在現階段中小學的實驗中，電學是非常重要的一個單元，為了讓實驗最後可以呈現出聲光效果，電源的提供就變成了實驗的關鍵器材。一般說來，我們大部分的實驗都是直接使用直流電就可以操作，因此最常利用的電力來源就是乾電池了，但乾電池卻是非常浪費資源的消秏品，在現今環保意識抬頭的情況下，通常我們能不用就儘量不用，所以許多學校就會購買所謂的電源供應器，但電源供應器通常價錢不斐，體積也過於龐大，若以攜帶性與便利性來說又不是非常實用的器材，因此筆者嘗試改良市售的整流變壓器當作簡易的直交流電供應器，真的是方便又好用喔！

貳、整流變壓器的原理

一般變壓器就是利用兩個不同匝數線圈的感應來改變電壓；當交流電通過其中一個線圈時，因為電流方向與大小的改變會產生一個對應的磁場變化，這個磁場變化就會使另一個線圈感應出對應的磁場來維持整個系統的平衡，因為電磁感應的效應也會同時產生一個感應電動勢(電壓)，這個電動勢和兩者線圈的匝數就有對比關係，若輸入線圈少於輸出線圈，就會提高電壓；若輸入線圈多於輸出線圈，就會降低電壓，兩者的數學關係示如下：

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自製安全酒精燈

自製安全酒精燈

壹、前言

在國高中的實驗室中一定不能缺少的設備之一就是酒精燈了，但坦白說，酒精燈的使用的確隱藏了許多潛在的危險與不便，不但不易在加熱過程中調整火的大小，尤其是不小心打翻使得酒精溢出著火是讓人最害怕的，雖然在課堂上老師都會教導學生處理方式(註)，但若不幸真的發生，不但學生會緊張，老師也可能頓時手足無措，因此在某些經費較充裕的高中或大學實驗室，通常都改用本生燈，甚至直接使用電加熱板(或加熱包)，但加熱板的單價不低，加上若全班6~10個加熱板同時啟動，大概就跳電了，因此還得再重新調整電路，才能負擔如此大功率的電器設備。

因此也有廠商開發了所謂的安全酒精燈，相對於加熱板或本生燈的確方便許多，雖然還是無法調整加熱的火量，但在國中經費有限的情況之下也是一個可行的替代方案。筆者也是因為長期在實驗的過程中發現這樣的困擾，因此重新設計了一個可調火力的安全酒精燈，而且幾乎完全不用錢喔！

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物理與化學的交叉點

物理與化學的交叉點

壹、前言

在目前國中自然與生活科技的課程中混雜了生物、物理、化學、生活科技等眾多科目，但許多老師在大學的專業訓練裡卻往往只有一個科目的學習，雖然許多學校還是以分科教學為排課原則，但物理、化學多年來仍是維持一個科目，因此許多物理背景的老師在教授化學；或化學背景的老師教授物理時，或許是因為原本學科的學習屬性，物理學科有較多的原理原則可供遵循，物理老師也習慣有較多的思考實驗(Thought Experiment)，但化學科本身較貼近實證科學(positive science)，因此更強調實驗的方法、過程與結果。再加上不同學科還是有許多細節，若非深入研究很容易落入「只知其然而不知其所以然」的窠臼中，更不用說初學自然科學的學生往往就是一知半解。

在現階段國中教科書很多的實驗中，經常都不會是單一種原理的應用，但礙於課程的順序，很多還沒詳細教授的單元，卻已經在實驗中出現，是否要「話說從頭」就成了許多國中理化老師的兩難，甚至可能連許多老師都無法詳細了解這些原理之間彼此的相關性，使得部分不太正確的觀念反而因此傳遞給學生，這是老師們必須先自我省思之處。

在此筆者舉出八年級兩個類似的例子和大家一同探討。

貳、以物理原理進行化學實驗

八年級上學期的自然科第二章進入物質的分類，早期實驗利用蠟燭在密閉容器中燃燒水位上升來說明空氣只有部分的成分具有助燃性，實驗本身的設計其實問題不大，但卻有少部分的老師將實驗結果直接引入容器進入1/5體積的水，因此空氣成分中含有1/5體積的氧氣。這樣的實驗結果要推論到空氣成分含有約1/5的氧氣其實非常不恰當，首先進入容器中的水無法明確測量體積(蠟燭也占據了一定程度的體積)，再者，以蠟燭的燃燒效率也不容易將容器內部的助燃物消耗殆盡，定量的部分相對就難以測量。

但再回到實驗本身的原理來看，為何容器內部分氣體被消耗掉，水就會進入容器內部？這就必須用壓力的角度來解是比較合適，但壓力單元卻又是下學期的內容。蠟燭燃燒後雖然消耗掉空氣中的助燃物(在此直接先以氧氣來說明)，但同一時間其實也產生了二氧化碳，這些二氧化碳不也佔據了原本被消耗掉的氧氣體積嗎？那產生的二氧化碳體積又有多少？為何水還會進入容器中？這些問題其實還是有必要說明清楚。

有關二氧化碳造成的實驗困擾，後來的教科書已經有改良成利用鋼絲絨的氧化(產生氧化鐵固體，而非二氧化碳)來避免，確實使得二氧化碳的干擾降到最低，但實驗時間卻必須拉長到數天才能明顯觀察出結果，也不太適合在課堂中即時呈現。因此，筆者嘗試改良了實驗的方式，或許仍無法作出精確的定量實驗，但方便在課堂中操作，也可以提供老師另一個教學參考。

教具製作方式如下：

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測量地磁

測量地磁

一、前言

話說愛因斯坦小時候曾經收到父親送的一個指北針，在愛因斯坦小小年紀中對這個永遠不會改變方向的小指針留下了深刻的印象，似乎也種下了日後對於科學的好奇心。

這樣簡單的現象對於許多學生來說已經不是什麼了不起的大事，「不就是地球磁場嗎~~，有什麼好稀奇的！」學生這麼回答我，「那你知道地球磁場多大嗎？」我也反問他，這下他可答不出來了，或許這樣的問題對許多國高中生來說的確是個難題，他們可能連磁場的單位都不知道，何況是對地磁大小的概念，但這確實是一個有趣的問題，也許這些資料都可以google得到，但站在科學的立場，我們更希望可以測量出來！

二、磁場與地磁

「磁場」(magnetic field)，簡單的說就是磁力作用的空間。但磁力是一種超距力(非接觸力)，有別於一般的接觸力(如推力、拉力、摩擦力等)，若沒有和施力者接觸，所作用的力就為”0”；超距力不需接觸就可以有力的交互作用，但會隨著和施力者的距離於遞減，因此理論上磁場是不會為”0”的，加上磁場的作用力非直線，而是一個封閉迴路，因此在不同的位置，磁場的方向也不同。

地球本身就好比是一個大磁鐵，產生的磁場就稱為地磁，地磁的方向原則上是從地球南極往地球北極(註1)，雖然磁場不是直線，但因為地球本身的體積夠大，因此在赤道附近的磁場會接近平行，也就是說磁場方向會固定朝向地球的北方，若此時有一個能自由旋轉的磁鐵，N極(指北極)就會順著地磁的方向，這也就是指北針能永遠指向北方的原因。

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自製液晶投影機

自製液晶投影機

壹、前言

在現在充滿數位資訊的世代，許多教學也都紛紛向數位化邁進，包括教育政策也都朝向「班班有單搶(液晶投影機)」的目標規劃。因此，已經有不少學校鼓勵老師可以多多利用相關資訊設備來授課(註1)，其實液晶投影設備本身就是一個很有趣的教學素材，尤其在光學的應用上，更容易引起學生的興趣。

筆者曾經利用廢棄的顯微鏡製作幻燈機(註2，圖1)，但「幻燈機」本身對許多孩子來說，不但沒見過，更已經屬於歷史了，因此這樣的例子或許有趣，但卻無法和學生產生太多共鳴。反而是現在常見的液晶投影機，其實基本的成像原理和幻燈機相去不遠，或許更值得我們當作生活化的教學素材喔。

貳、液晶面板的歷史與應用

液晶投影機和幻燈機最大的不同點就在於被投影的物體種類，幻燈機的被投影物是印有靜態圖像的透明片(幻燈片)，而液晶投影機則是可透光的液晶螢幕，兩者最大的差別就在於液晶螢幕可呈現動態的畫面，因此在製作之前有必要對液晶螢幕有簡單的了解，才能在製作上更容易成功。

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