地特三等申論題
114年
[機械工程] 熱力學
第 一 題
📖 題組:
一、考慮一個活塞-汽缸系統。一開始裡面裝有0.15 kg的氮氣。汽缸內壓力為110 kPa,溫度為 100℃。然後汽缸內的氮氣開始等溫膨脹至另一狀態。新狀態的壓力為90 kPa。 (一)請問一開始的體積是多少?(5 分) (二)最後的體積是多少?(5 分) (三)這個膨脹過程產生的功是多少?(10 分) (氮氣的氣體常數為0.2968 kJ/kgK)
一、考慮一個活塞-汽缸系統。一開始裡面裝有0.15 kg的氮氣。汽缸內壓力為110 kPa,溫度為 100℃。然後汽缸內的氮氣開始等溫膨脹至另一狀態。新狀態的壓力為90 kPa。 (一)請問一開始的體積是多少?(5 分) (二)最後的體積是多少?(5 分) (三)這個膨脹過程產生的功是多少?(10 分) (氮氣的氣體常數為0.2968 kJ/kgK)
📝 此題為申論題,共 3 小題
小題 (一)
請問一開始的體積是多少?(5 分)
思路引導 VIP
看到本題,首先要辨識出核心考點為「理想氣體狀態方程式」。給定質量、壓力、溫度和氣體常數,求體積。接著要注意熱力學計算中的大忌——溫度單位,必須將攝氏溫度轉換為絕對溫度(K),最後代入方程式 PV=mRT 求解。
小題 (二)
最後的體積是多少?(5 分)
思路引導 VIP
本題延續上一題,考點在於「等溫過程」的特性。由於溫度不變,可以直接使用波以耳定律 (P1V1 = P2V2),或者再次使用理想氣體狀態方程式 PV=mRT 代入新的壓力來計算最終體積。
小題 (三)
這個膨脹過程產生的功是多少?(10 分)
思路引導 VIP
本題考查封閉系統邊界功 (Boundary Work) 的計算。這是一個等溫過程,應該由功的定義式 W = ∫ P dV 展開。對於等溫過程,公式積分解為 mRT ln(V2/V1) 或 mRT ln(P1/P2)。將前面得到的數據代入即可得出答案。