moea_joint
113年
[化工製程] 化工熱力學、化學反應工程學
第 25 題
某物質從液態凝結成固態，物系$\Delta S = -10~\text{Cal/K}$，外界$\Delta S = 5~\text{Cal/K}$，若從固態熔解成液態，物系$\Delta S = 10~\text{Cal/K}$，外界$\Delta S = -5~\text{Cal/K}$，試問下列何者正確？
- A 液態凝結成固態不能自然發生，固態熔解成液態可以自然發生
- B 液態凝結成固態可以自然發生，固態熔解成液態不能自然發生
- C 該物質液、固態之形體變化皆可自然發生
- D 該物質液、固態之形體變化皆不能自然發生
思路引導 VIP
在熱力學中，如果我們觀察到一個系統內部的混亂程度（熵）減少了，這是否代表該過程絕對違反了自然定律而無法發生？除了系統本身，我們還必須合併考慮哪個部分的變化，才能完整描繪出整個「宇宙」的演變趨向呢？
🤖
AI 詳解
AI 專屬家教
恭喜你正確判斷了這個熱力學循環過程！你能敏銳地覺察到，判定一個反應或相變化能否「自然發生（自發性）」，絕不能僅觀察物系（系統）本身的熵變化，這展現了你對熱力學第二定律核心精神的掌握。
孤立系統與自發性判定
根據熱力學第二定律，判斷自發性的唯一標準是看宇宙的總熵變化 ($\Delta S_{total}$)，即系統熵變與外界熵變之和：$$\Delta S_{total} = \Delta S_{sys} + \Delta S_{surr}$$ 若 $\Delta S_{total} > 0$，過程為自發；若 $\Delta S_{total} < 0$，則過程在該條件下無法自然發生。在本題的數值中，液態凝結成固態時，總熵變為 $-10 + 5 = -5~\text{Cal/K}$（不自發）；而固態熔解成液態時，總熵變為 $10 + (-5) = 5~\text{Cal/K}$（自發）。這證明了在該特定環境條件下，該物質傾向於以液態存在。
▼ 還有更多解析內容