地特三等申論題 105年 [機械工程] 熱力學

第三題

📖 題組：
在一密閉系統裡裝盛水,分別利用二內部可逆的過程讓初態為飽和液態的水變成過熱蒸氣,且過熱蒸氣的比容皆為 v2,其中過程A維持等壓,而過程B則維持等溫。試問:(每小題5分,共20分)

📝 此題為申論題，共 2 小題

小題 (三)

過程B中系統是吸熱還是放熱?

這題的關鍵在於判斷狀態變化時「熵(s)」的增減，並結合內部可逆過程的熱力學關係式 Q = ∫Tds。只要知道液態變氣態亂度增加（熵增），即可輕鬆推導出熱傳方向。

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【解題思路】利用內部可逆過程的熱傳量與熵的關係，結合相變化過程中的熵變來判斷熱傳方向。【詳解】已知：

過程B中系統內部熵的變化量是正還是負?

看到狀態由「飽和液態」轉變為「過熱蒸氣」，應直覺聯想到物質由液體轉為氣體時分子亂度增加，熵必然增加。另外也可藉由熱力學定義思考，此等溫相變過程系統必然吸熱，利用 dS = δQ/T 即可準確判斷熵變的正負號。

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【解題思路】利用物質狀態的亂度變化或熱力學熵的定義式（吸放熱）來進行判斷。【詳解】已知：初態為飽和液態水，終態為過熱蒸氣；過程B為內部可逆之等溫過程。