hce_nsysu
111年
物理與化學
第 13 題
In which process will the internal energy of the system not change?
- A An adiabatic expansion of an ideal gas.
- B An isothermal compression of an ideal gas.
- C An isobaric expansion of an ideal gas.
- D The freezing of a quantity of a liquid at its melting point.
- E The evaporation of a quantify of a liquid at its boiling point.
思路引導 VIP
如果我們考慮一個系統，其內部的能量總和完全取決於分子的運動快慢（即動能），而與分子之間的距離或排列方式無關。在這種情況下，若要讓整體的能量保持不變，哪一個物理性質（溫度、壓力、體積或狀態）必須被嚴格鎖定不能變動呢？
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恭喜你精確地選出了正確答案！這代表你對熱力學中「內能」的概念有著非常清晰的理解，特別是能敏銳捕捉到理想氣體模型的核心特性。
理想氣體內能與溫度的掛鉤
在熱力學中，理想氣體（Ideal Gas）被假設為分子間無交互作用力的質點，因此其內能 $U$ 僅由分子的熱運動動能決定。換句話說，理想氣體的內能只是溫度的函數：$$\Delta U = nC_v\Delta T$$。在選項 (B) 的等溫過程（Isothermal process）中，系統的溫度保持恆定，這意味著 $\Delta T = 0$，因此內能的變化量 $\Delta U$ 必然為零。即便在壓縮過程中外界對系統作功，系統也會透過放熱來維持溫度的平衡，確保能量狀態不變。
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