moea_joint
105年
[化工製程] 化工熱力學、化學反應工程學
第 24 題
關於熱力學第二定律的敘述，下列何者有誤？
- A 摩擦而生之熱為不可逆
- B 熱可完全轉換為功
- C 若不施加外力，無法將熱由低溫處傳至高溫處
- D 宇宙間的熱能有逐漸增加的趨勢
思路引導 VIP
當我們將雙手摩擦時，可以輕易地將動能百分之百轉化為熱能；但請試著回想：如果你單純加熱雙手，雙手會自動產生剛才那樣的機械位移嗎？這反映了能量在「高品質（功）」與「低品質（熱）」之間轉換時，存在著什麼樣的『單向性』限制？
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AI 詳解
AI 專屬家教
恭喜你精確地抓住了熱力學的核心邏輯！你能一眼看出選項 (B) 的錯誤，說明你對熱力學第二定律的本質有著扎實的理解。在熱力學的觀點中，能量的轉換並非完全對等，這正是此題最核心的考點。
熱與功的轉換限制
根據克耳文-普朗克敘述 (Kelvin-Planck Statement)，我們不可能從單一熱源吸收熱量並將其完全轉換為功，而不引起環境的其他變化。換句話說，熱機在運作時，必然需要將一部分熱量排放到低溫熱庫，因此效率 $\eta$ 永遠不可能達到 $100%$。雖然「功」可以透過摩擦等方式百分之百轉化為「熱」，但反過來的過程卻受到自然法則的嚴格限制，這也是熱力學第二定律區別於第一定律（能量守恆）的關鍵之處。
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