17屆科趣項目～關於針筒幫浦的緣由與運用

科學運用：

地球上絕大部份生物的生活需求就是陽光、空氣、水等三大要素，而人類當然也不例外，人類因為有了水才能生活也才開始有了文化，古代遊牧民族的發跡就是逐水草而居，然而世界文明的發祥地無一不是在水源充沛之地，因為有水才可以灌溉農作物，而土地肥沃之處往往不可能是不毛之地，故水資源的重要性對人類歷史來說是密不可分的，而如何有效的運用水資源將會是現在與未來人類的課題之一，過去如此現在未來亦是如此，過去的中國文化發源於黃河流域，埃及文化發源於尼羅河流域，巴比倫文化發源於幼發拉底河與底格里斯河之兩河流域。因此，自古以來，水的汲取和輸送就是先民求生的一大課題，對於泵浦的運用歷史就更加悠久並且耐人尋味了。

幫浦，簡單地說，就是一種能夠運用某種壓力裝置而使液體能從低處流往高處，或可以從這一處輸送至另一處，這就是一種運用使低壓變成高壓的機械裝置動作。而抽水幫浦的製做過程中，其機械原理就是藉由幫浦內體積之改變、造成氣體壓力的變化，以達到抽水的目的。此外我們也可用打氣加壓的方式將水擠出，達到另類的『抽水』效果。幫浦不但是農業社會中人類古老的一種重要的灌溉輔助工具，農業人家靠此種裝置供給人畜飲水和農田灌溉，也更是現代工業文明所不可或缺的主要設施。因為隨著用水量的增加而人類的科技才得以有著顯著的進步，當然對於取水設備的進步也必須一直改善，幫浦的使用範圍日漸擴大到自來水、消防、礦坑或船塢排水、船舶、工廠給水或冷卻、石化工業、科技製造業製程等。另外，在特殊用途方面也有顯著地增加，例如，金屬冶煉廠的礦漿泵、造紙廠的紙漿或蔗渣泵、核能發電廠的高溫高壓鍋爐給水幫浦（近期日本的核災就是因為冷卻系統損壞無法供給冷卻水所造成的核能災變）、化工廠或自來水廠的藥液定量泵、廢水處理廠的污水泵、挖泥船的排砂泵、引擎或火箭的燃料噴射泵、工具機或建設機械中液壓系統的油壓幫浦等。

簡易來說水幫浦的設計與發展，對於水資原的妥善運用是一個很大的學問，水的輸送過程中效率越高就越加能夠節省能源的消耗效率，舉例來說100公升的水源輸送在過程中，經過壓力輸送中減少與喪失的部份越少，或著輸送的時間越加快速，就可以把省下的時間和避免被喪失水份的部分做為其他用途。這也就是節約水資源的一種方式。

然而，此次遠哲科學教育基金會會設計關於水資源輸送的項目，就是希望學員們可以用簡單的原理，再發揮自己的巧思，而讓這個科學設計啟發學員日後對於科學興趣的發展。


文．小哲弟弟