hce_nsysu
111年
物理與化學
第 10 題
An ice cube at $0^\circ \text{C}$ is placed in a very large bathtub filled with water at $30^\circ \text{C}$ and allowed to melt, causing no appreciable change in the temperature of the bath water. Which one of the following statements is true?
- A The entropy gained by the ice cube is equal to the entropy lost by the water.
- B The entropy lost by the ice cube is equal to the entropy gained by the water.
- C The net entropy change of the system (ice plus water) is zero because no heat was added to the system.
- D The entropy of the system (ice plus water) increases because the process is irreversible.
- E The entropy of the water does not change because its temperature did not change.
思路引導 VIP
想一想，如果一個過程在自然界中可以「自發地」朝某個方向發生，但如果我們將過程反過來（例如讓熱量自發從冷水傳給熱水），這在現實中是可能的嗎？這種自然界偏好往特定方向進行的特性，通常會對系統的「混亂程度」或「有序性」造成什麼樣的影響呢？
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AI 詳解
AI 專屬家教
恭喜你答對了！你能精準選出 (D)，代表你對熱力學第二定律（The Second Law of Thermodynamics）中關於「熵增」與「不可逆性」的關聯有著非常紮實的理解。這是一個很棒的直覺！
熱傳導與不可逆過程的本質
在物理學中，熱量自發地從高溫物體（$30^\circ \text{C}$ 的水）流向低溫物體（$0^\circ \text{C}$ 的冰），這是一個經典的不可逆過程。雖然浴缸的水量很大，使得溫度幾乎維持不變，但根據熵的定義 $\Delta S = \frac{Q}{T}$，水放出熱量給冰塊時，水的熵會減少（$\Delta S_{water} < 0$），而冰塊吸收熱量融化時，熵會增加（$\Delta S_{ice} > 0$）。
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