高考申論題
111年
[機械工程] 熱力學
第 二 題
📖 題組：
一部熱效率為 35%的熱機（Engine）自高溫 1000 K 熱源吸收熱量 500 kJ/min，並排出熱至 300 K 的大氣中。此熱機的輸出功率全部用以驅動一部冰箱，此冰箱的性能係數（COP）為 4.0，能把熱量從-13℃的冰箱內部冷藏室帶走，並排熱至相同 300 K 的大氣中。試求： (一)從冰箱內部冷藏室帶走的熱傳率為何？（單位取 kJ/min）（10 分） (二)熱機與冰箱排熱至大氣的總熱傳率為何？（單位取 kJ/min）（15 分）
一部熱效率為 35%的熱機（Engine）自高溫 1000 K 熱源吸收熱量 500 kJ/min，並排出熱至 300 K 的大氣中。此熱機的輸出功率全部用以驅動一部冰箱，此冰箱的性能係數（COP）為 4.0，能把熱量從-13℃的冰箱內部冷藏室帶走，並排熱至相同 300 K 的大氣中。試求： (一)從冰箱內部冷藏室帶走的熱傳率為何？（單位取 kJ/min）（10 分） (二)熱機與冰箱排熱至大氣的總熱傳率為何？（單位取 kJ/min）（15 分）
📝 此題為申論題，共 2 小題
小題 (二)
熱機與冰箱排熱至大氣的總熱傳率為何？（單位取 kJ/min）（15 分）
思路引導 VIP
本題考查能量守恆。排向大氣的總熱量包含兩個部分：(1) 熱機排出的廢熱 (Q_L,E)；(2) 冰箱排出的熱量 (Q_H,R)。分別利用能量守恆（Q_H = Ẇ + Q_L）求出這兩項，最後加總。大氣溫度 300 K 是干擾項或驗證卡諾循環用的，計算時主要運用第一定律能量平衡。
小題 (一)
從冰箱內部冷藏室帶走的熱傳率為何？（單位取 kJ/min）（10 分）
思路引導 VIP
本題考查熱機與冷凍機的能量轉換與串聯應用。第一步：利用熱機的熱效率與輸入熱量求出熱機的輸出功率（功）。第二步：由於熱機的功全部提供給冰箱，利用冰箱的 COP 定義求出其吸收的熱量（即從冷藏室帶走的熱傳率 Q_L）。