第 一 題

看到固體（鐵塊）的溫度變化求熵變，應直接聯想「不可壓縮物質」的熵變化公式。計算時需注意初末狀態的溫度對應，鐵塊放熱降溫，其熵變化量必定為負值，且務必注意絕對溫度（K）的代入與最終單位（kJ/K）的標示。

首先判斷大水槽因質量巨大可視為「恆溫熱儲」（Thermal Reservoir）。接著利用熱力學第一定律求出鐵塊放出的總熱量（即水吸收的熱量），最後代入恆溫系統熵變公式 ΔS = Q/T 即可求得水槽熵變。

看到「總熵變化（或稱宇宙熵增）」題型，應立即聯想核心公式：「總熵變 = 系統（鐵塊）熵變 + 環境（大水槽）熵變」。鐵塊視為不可壓縮物質，以 $mC\ln(T_2/T_1)$ 計算熵變；大水槽視為恆溫熱儲，以其吸收的熱量除以絕對溫度 $Q/T_0$ 計算熵變。最後兩者相加必定大於零，以驗證熱力學第二定律。

看到「過程是否可發生」，必須立刻直覺聯想到「熱力學第二定律」的熵增原理（Entropy Increase Principle）。解題關鍵在於分別計算系統（鐵塊）與環境（大水槽）的熵變量，若兩者相加的宇宙總熵變（熵生成，Entropy Generation）大於或等於零，即證明該過程在物理上可行。