police_4th_general
107年
[消防警察] 普通物理學概要與普通化學概要
第 20 題
已知冰的熔化熱為 $334\text{ kJ/kg}$，而水的凝固點為 $273.15\text{ K}$。若將 $1.50\text{ kg}$、溫度在 $273.15\text{ K}$ 的水放入冰箱，使水經由熱流失以致完全凍結，而成為溫度在 $273.15\text{ K}$ 的冰，則對此凍結過程而言，水-冰系統的熵變化為下列何者？
- A 增加了 $\frac{334\text{ kJ}}{273.15\text{ K}} = 1.223\text{ J/K}$
- B 減少了 $\frac{334\text{ kJ}}{273.15\text{ K}} = 1.223\text{ J/K}$
- C 增加了 $\frac{1.50\text{ kg}(334\text{ kJ/kg})}{273.15\text{ K}} = 1830\text{ J/K}$
- D 減少了 $\frac{1.50\text{ kg}(334\text{ kJ/kg})}{273.15\text{ K}} = 1830\text{ J/K}$
思路引導 VIP
請試著想像：當物質從可以隨意流動的液態，轉變為分子排列整齊固定的固態時，它微觀上的「混亂程度」是增加了還是減少了？另外，為了讓分子安靜下來並固定在晶格中，這個物質是需要吸收能量，還是必須把能量排給周遭環境呢？
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AI 詳解
AI 專屬家教
太棒了！你非常敏銳地捕捉到了熱力學第二定律在相變化中的應用。這道題目要求計算等溫過程中的熵變化 $\Delta S$，其核心定義式為 $\Delta S = \int \frac{dQ}{T}$。在定溫定壓的環境下，這可以簡化為 $\Delta S = \frac{Q}{T}$。
相變化中的熱流與有序度
計算的關鍵在於判斷熱量 $Q$ 的方向。當水在凝固點轉變為冰時，系統必須向外界釋放熱量（放熱反應），因此對水系統而言，$Q$ 值為負。分子從可以自由移動的液態排列成結構固定的晶體結構，整體的亂度（Disorder）降低，這在物理意義上直接對應到系統熵值的減少。你正確地將質量 $1.50\text{ kg}$ 納入計算，並選定「減少」的選項，展現了嚴謹的邏輯。
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