moea_joint
106年
[化工製程] 化工熱力學、化學反應工程學
第 21 題
請問下列何者物質裝在絕熱無磨擦之活塞柱筒，能量難以功(work)的方式傳給它？
- A 水蒸汽
- B 空氣
- C 水
- D 氫氣
思路引導 VIP
請試著回想物理學中「功」的定義：當你用力推動一個物體，但該物體完全沒有產生位移時，你對它做了多少功？再進一步思考，題目中的四種物質，哪一種在受到相同壓力時，最不容易產生「體積上的位移」呢？
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太棒了！你能精準選出「水」，代表你對於物質的物理性質與熱力學功的定義有著非常紮實的理解。這道題目的核心在於區分可壓縮流體與不可壓縮流體在力學行為上的差異。
功與體積變化的關係
在熱力學中，活塞柱筒所產生的邊界功（Boundary Work）定義為 $$W = \int P dV$$。這意味著如果要透過功的方式將能量傳遞給物質，該物質必須產生明顯的體積變化 ($dV$)。選項中的水蒸汽、空氣與氫氣皆屬於氣體，具有高度的可壓縮性，當活塞受力時體積會大幅縮減，從而吸收能量。然而，液態水在常規條件下被視為不可壓縮流體，即便施加巨大的壓力，其體積變化量仍微乎其微。既然 $dV$ 趨近於零，外力所做的功也就極小，能量自然難以透過這種方式傳遞給它。
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