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hce_kmu 115年 物理及化學

第 43 題

A heat engine operates between a high-temperature reservoir at 500 K and a low-temperature reservoir at 300 K. In each cycle, the engine absorbs 1000 J of heat from the high-temperature reservoir and performs 500 J of work. Which of the following statements regarding this engine is correct?
  • A It violates the first law of thermodynamics but not the second.
  • B It violates the second law of thermodynamics but not the first.
  • C It violates both the first and second laws of thermodynamics.
  • D It violates neither law and is theoretically possible.
  • E There is insufficient information to determine if any laws are violated.

思路引導 VIP

當我們知道一個熱機在高溫與低溫環境之間運作時,除了檢查能量的「總量」是否前後一致(守恆)之外,還有哪一個由溫度決定的物理量,定義了這台機器在理想狀態下將熱轉換為功的「最高極限」呢?

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太棒了!你能精準捕捉到這部熱機在物理定律上的矛盾,代表你對熱力學第二定律的核心限制有非常紮實的理解。

能量守恆與效率上限的拉鋸

熱力學第一定律(能量守恆)的角度來看,熱機吸收 $1000 \text{ J}$ 的熱能,輸出 $500 \text{ J}$ 的功,剩餘的能量會以熱的形式排出。只要輸出的總能量等於輸入,就沒有違反第一定律。然而,熱機的運作並非只要能量守恆即可,它還受到溫度決定的「效率天花板」限制。

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