高考申論題
110年
[材料工程] 材料熱力學
第 一 題
📖 題組：
一莫耳理想氣體，起始狀態是溫度 $T_1$ 與壓力 $P_1$，經過斷熱膨脹（adiabatic expansion）到達最終狀態溫度 $T_2$ 與壓力 $P_2$。
一莫耳理想氣體，起始狀態是溫度 $T_1$ 與壓力 $P_1$，經過斷熱膨脹（adiabatic expansion）到達最終狀態溫度 $T_2$ 與壓力 $P_2$。
📝 此題為申論題，共 2 小題
小題 (一)
此斷熱膨脹程序是可逆程序（reversible process），此系統（不含環境）的 Q、ΔH 與 ΔS 改變是正值？是負值？或是零？並請說明理由。（7 分）
思路引導 VIP
看到「可逆斷熱膨脹」，應直覺聯想到兩大重點：『斷熱』代表 Q=0，『可逆斷熱』依熱力學第二定律推導必為等熵過程 (ΔS=0)。接著利用熱力學第一定律及理想氣體特性 (氣體膨脹對外作功導致內能與溫度下降)，即可推導出系統焓變化 (ΔH) 的正負號。
小題 (二)
此斷熱膨脹程序是非可逆程序（irreversible process），此系統（不含環境）的 Q、ΔH 與 ΔS 改變是正值？是負值？或是零？並請說明理由。（7 分）
思路引導 VIP
看到「斷熱（絕熱）」關鍵字即知系統無熱量進出（Q=0）。接著利用熱力學第一定律分析膨脹過程作功導致的溫度變化，進而判斷理想氣體的焓變（ΔH）。最後，結合熱力學第二定律中「非可逆程序」的宇宙熵增原理與環境熵變為零的條件，即可無誤地推導出系統的熵變（ΔS）。