免費開始練習
高考申論題 105年 [核子工程] 工程熱力學

第 一 題

📖 題組:
四、10 kg 的氧氣進行由下面三個過程所建構的循環: 1→2:等溫(isothermal)過程:500 K, 300 kPa → 100 kPa 2→3:等壓過程 3→1:可逆且絕熱的壓縮過程
📝 此題為申論題,共 3 小題

小題 (一)

(一)請繪出 T-s 與 p-v 圖,並將狀態 1, 2, 3 標示在圖上。(15 分)

思路引導 VIP

遇到熱機循環繪圖題,首先確認工作流體(氧氣視為理想氣體)與各過程特徵。透過列出各狀態點的 P、v、T、s 大小關係(如等溫膨脹導致體積與熵增加、等熵壓縮導致溫度上升),能準確判斷點的相對位置及曲線凹凸與斜率(特別注意:P-v圖上等熵線比等溫線陡峭),從而畫出精準的循環圖。

🤖
AI 詳解
AI 專屬家教

【解題思路】運用理想氣體狀態方程式與熱力學過程特徵,先確認各狀態點 P、v、T、s 的相對大小關係,再繪製具備正確斜率與特徵的 T-s 與 P-v 圖。 【詳解】 已知:

小題 (二)

(二)描述如何求出每一過程熵的變化量。(10 分)[註:不必求得答案。]

思路引導 VIP

判斷氧氣可視為理想氣體,並寫出理想氣體熵變的關係式。接著抓住兩個重點:『可逆且絕熱過程即為等熵』,以及『熵為狀態函數,完整循環總熵變為零』,即可避開繁瑣的溫度計算,清晰地描述各過程的求解路徑。

🤖
AI 詳解
AI 專屬家教

【解題思路】利用理想氣體熵變關係式,並結合「可逆絕熱即為等熵」及「熱力循環狀態函數總變化量為零」的熱力學特性來描述推導。 【詳解】 已知:系統為包含 10 kg 氧氣的封閉系統。假設氧氣可視為理想氣體(Ideal Gas),氣體常數為 R = Ru / M_O2,等壓比熱為 cp。理想氣體的熵變通用關係式為:ΔS = m [ cp * ln(T_f / T_i) - R * ln(P_f / P_i) ]。

小題 (三)

(三)描述如何求出過程 1→2 的作功量。(5 分)[註:不必求得答案。]

思路引導 VIP

本題重點在於『描述計算過程』而非求出最終數值。解題時應先確認工質為氧氣(可視為理想氣體)及過程特性(1→2為等溫過程)。接著列出閉式系統邊界作功的積分定義式,結合理想氣體方程式推導出等溫作功公式,最後指明需代入哪些已知參數即可。

🤖
AI 詳解
AI 專屬家教

【解題思路】利用理想氣體狀態方程式與閉式系統準平衡過程之邊界作功公式進行推導。 【詳解】 一、運算假設:

📜 參考法條

Tds = du + pdv = dh - vdp 理想氣體熵變:Δs = Cp ln(T2/T1) - R ln(P2/P1) 作功 W = ∫P dv

升級 VIP 解鎖