高考申論題
106年
[工業安全] 機電防護與防火防爆
第 五 題
某一氣體儲槽內含有25℃、300 kPa、0.3 m³的氮氣(Cp 約 1.039 kJ/kg·K @25℃),使用電熱器加熱儲槽內之氮氣約3分鐘,該電熱器電流為2A,電壓為 110 V,而加熱過程中對外界散失熱量3000J,請問最後量測之溫度為多少℃?(20分)
提示:
1. 以理想氣體計算,動態、位能、比熱值皆可忽略不計,能量守恆且等壓膨脹,其餘狀態皆可自行合理假設。
2. 氮氣理想氣體質量公式:P₁V₁=mRT₁ (R 約 0.297 kPa・m³/kg·K)。
3. 外界對氮氣作功公式:We=VI∆t。
📝 此題為申論題
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解此題須掌握熱力學第一定律於封閉系統中『等壓過程』的應用。首先透過理想氣體方程式求出氮氣質量，接著計算電熱器輸入總能量與對外散失熱量的淨值，最後利用等壓過程系統淨熱量等於焓變化的公式（Q = mCpΔT）即可求得最終溫度。
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【解題關鍵】本題為封閉系統之等壓膨脹過程，依據熱力學第一定律，系統淨獲得的能量等於系統焓的變化（ΔH = mCpΔT）。 【解答】 計算：
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