高考申論題
109年
[農業機械] 熱力學
第 二 題
理想空氣在活塞汽缸裝置（Piston-cylinder device）中進行等溫壓縮過程，其起始壓力和體積分別為100 kPa和0.6 m³。在此過程中，有60 kJ的熱傳量由此理想空氣向外界環境（溫度維持在25℃）流出。理想空氣的質量為1 kg，其定壓比熱為常數Cp0 = 1.0035 kJ/kg·K，空氣氣體常數R = 0.287 kJ/kg·K，請算出此過程結束時的體積和壓力，以及此過程中熵（Entropy）的變化量並說明其來源。（25分）
📝 此題為申論題
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看到理想氣體在封閉系統中進行等溫過程，應先想到內能變化量為零（ΔU=0），進而利用熱力學第一定律得出功等於熱傳量（W=Q）。接著，透過等溫邊界功公式 W = P₁V₁ln(V₂/V₁) 可解出末態體積，再用理想氣體方程式求末態壓力與系統溫度；最後代入理想氣體熵變公式或 ΔS=Q/T 求出熵變，並從熵平衡方程式解釋其物理意義。
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【解題思路】運用理想氣體狀態方程式、熱力學第一定律（封閉系統能量守恆）及等溫過程的邊界功公式求解狀態參數，並利用理想氣體熵變關係式計算熵變化與分析來源。 【詳解】 已知：
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