老師–我們的教室洗手台會發光
摘要
我們發現學校的洗手台的水，向下流到下一層的時候，就像是瀑布向下流，
所以我們想研究看看洗手台的水能不能夠用來發電。我們做了五種水車，利用齒輪比的關係，連接小馬達當發電機，測出水車的轉動產生的電壓。然後我們連接了LED燈，發出了微微的亮光，我們做出洗手台的水可以發電的研究，但是，我們想要讓LED燈更亮，我們就要蒐集更多的資料和學習更好的技術，才能打到我們的目標。
壹、研究動機:
平時打掃廁所時，洗手台的水會由上層水槽流到下層水槽。我發現水由上層向下層流的時候就像瀑布一樣，水是由上而下流的。所以洗手台的水應該可以像水壩一樣用來發電。後來，我去看了其他的洗手台，結果發現新北棟的洗手台都是一樣的，於是我想研究洗手台的水可不可以用來發電。
貳、研究目的:
一、瞭解水力發電的原理。
二、探討洗手台的水發電的方式。
三、洗手台的水發電的情形如何。
四、做出會發光的洗手台。
參、研究器材與設備
冰棒棍、CD、齒輪、版畫版、LED燈、樂高積木、鍊條、免洗筷、木板、小馬達、鱷魚夾、三用電表、熱熔膠槍、布丁盒、鋁箔包、湯匙、置杯架、相機、斜口鉗、電線、公升杯、彈簧秤。
肆、研究方法及步驟：
設計及製作水車測試發電情形的實驗研究。
一、了解水力發電的原理。
二、蒐集水車的相關資料及原理。
三、了解發電機的原理
四、測量洗手台的水量。
五、製作水車。
六、測試水車轉動情形。
七、水車連結發電機測試發電情形。
八、水車連結LED燈泡讓洗手台亮起來。
伍、研究結果
一、了解水力發電的原理。
利用水的落差，水的位能轉為水輪的機械能，再以機械能推動發電機，而得到電力。就是將大量的水引入水輪機，而水輪機又與發電機連結合體，水的衝擊力產生機械能，再利用水輪機所產生的機械能轉換成發電機的電能，這就是水力發電原理。
二、蒐集水車的相關資料。
我們蒐集水車的相關資料，作為我們設計水車的參考。水車的轉動是靠水的衝擊力推動。
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三、探討發電機的原理
使用一個有封閉迴路的線圈，在馬蹄形磁鐵的兩磁極間轉動，則穿過線圈內的磁力線數目，將隨線圈所在位置的不同而改變，也就是隨時間而改變，則線圈的導線就會產生感應電流，這就是發電機的原理。
四、測量洗手台的水量。
利用公升杯測量洗手台手龍頭流出的水量，每分鐘有3公升的水流出。
五、製作水車模型
（一）水車的製作：從討論蒐集的水車的相關資料後，我們做出5種水車來做實驗，做法是先用冰棒棍黏起版畫版（×8），再黏上CD片×2、裝上齒輪架在基座上。
（二）水車的設計：水車1號為基本型，水車2號加裝半個鋁箔包。水車3號加裝飲料杯盒，水車4號加裝免洗湯匙。水車5號是水車號加長葉片型。
水車1號 |
水車1號 |
水車2號 |
水車3號 |
水車4號 |
水車5號 |
六、測試水車轉動情形。
實驗一：測試5種水車每分鐘轉動的圈數。
（一）測量圈數的方法：利用跳繩計圈器連結到水車（如圖1），測一分鐘轉動的圈數，每種水車都測四次取平均值。
圖1 利用跳繩計圈器計算圈數 |
（二）測量結果如表1，以水車1號平均每分鐘114圈最好。
表1 5種水車每分鐘轉動的圈數測量結果
單位 圈/分鐘 | 第一次 | 第二次 | 第三次 | 第四次 | 平均 |
水車1號 | 112 | 111 | 125 | 110 | 114 |
水車2號 | 100 | 103 | 101 | 100 | 100 |
水車3號 | 105 | 101 | 103 | 104 | 100 |
水車4號 | 109 | 108 | 110 | 107 | 107 |
水車5號 | 100 | 103 | 105 | 107 | 100 |
實驗二：測試5種水車轉動的力
（一）測量轉動力的方法：我們想知道水車轉動時產生的力有多大，利用彈簧秤拉住葉片，測量出水車轉動時產生的力（如圖2）
圖2測量水車轉動時產生的力 |
（二）測量結果如表2，水車3號290克最好。
表2 5種水車轉動時產生的力測量結果
水車1號 | 水車2號 | 水車3號 | 水車4號 | 水車5號 | |
單位克 | 20 | 110 | 290 | 150 | 111 |
七、水車連結發電機測試發電情形
實驗二：測試5種水車以1：1、1：3、1：9齒輪比方式帶動小馬達產生的電壓。
（一）測試的方法：利用齒輪組的原理連結水車與小馬達，水車轉動透過齒輪鏈條轉動小馬達，測量小馬達產生的電壓。（如圖3）
圖3 1：1、1：3、1：9測量齒輪比方式帶動小馬達產生的電壓 |
（二）測量結果如表3，以水車3號平均1.3v最好。
表3 以1：1、1：3、1：9齒輪比方式帶動小馬達產生的電壓測量結果
單位 V | 水車1號 | 水車2號 | 水車3號 | 水車4號 | 水車5號 |
1：1電壓 | 0.2 | 0.18 | 0.17 | 0.12 | 0.12 |
1：3電壓 | 0.6 | 0.5 | 0.4 | 0.4 | 0.4 |
1：9電壓 | 1.0 | 1.1 | 1.3 | 0.7 | 1.2 |
八、水車連結LED燈泡讓洗手台亮起來。
陸、討論
（一）每分鐘轉動的圈數測量結果最好的是水車1號平均114圈，這可能是因為水車1號比較輕(因為他沒加任何東西)，水車的衝擊力較大，所以才會轉得比較快。
（二）水車轉動時產生的力測量結果水車2號有加鋁箔包，可以裝水。水車3號加裝置杯盒290公克，裝水的容量較大，產生比較多的位能，轉動的力量比較大。水車1號產生20公克的力和水車5號產生110公克的力，這兩個水車都是同樣的構造，水車五號有加長，類似使用了槓桿原理。
（三）1：1、1：3、1：9齒輪比方式帶動小馬達產生的電壓測量結果
水車3號在1：9的齒輪比產生1：3的電壓效果最好，這是因為水車3號在1：9的齒輪比下，水車轉一圈，小馬達轉27圈，所以產生的電力就比較強，而在1：1的齒輪比下，水車1號的測驗結果是0.2。由此可以證明1：9的齒輪比的水車，需要比較大的轉動力量，也就是說要有比較大的水的位能，而水車3號的水杯，裝了水，水的位能就變大了，轉動的力量自然就會變大了。
（四）把水車3號1：9的模式連結LED燈泡只產生微微的亮光，
柒、結論
（1）利用洗手台水的位能，我們可以透過水車的轉動連接小馬達，讓LED燈泡發亮。
（2）但是想要再把齒輪比提高到1；27，讓燈泡更亮，卻發現無法順利帶動齒輪，這是因為我們的技術不夠好，所以我們的研究是正確的，只是我們必須改進我們的水車製作技術。因此我們會收集更多的資料、學習更多的知識，繼續研究出學校洗手台最佳的發電模式。
捌、參考資料
水力發電的原理http://www.solar-i.com/hyd.htm
發電機的原理 http://www.hres.chc.edu.tw/sea/energy/theory.html
