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
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。
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。
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。
📜 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