1、1熱力熱傳學 (一) 期古考二1. (a) 請解釋何謂“狀態假說” (state postulate) ? (3%)(b) 請以中文解釋下列名詞 (4%)(1) isothermal process(2) isochoric process(3) isobaric process(4) isentropic process(c) 一個過程由狀態 1 進行至狀態 2，請問下列何者為路徑函數(path function)?何者為點函數(point function)? (5%)(1) 功(2) 溫度(3) 壓力(4) 熱(5) 體積(d) 將水的液、汽二相混合體以等容過程加熱至乾度=1，請以 P-
2、v 及 P-T 圖表示其過程。 (4%)(e) 請問下圖的氣體自由膨脹過程所作的功為何？請詳細解釋你的答案。 (4%)2. (a) 請以功的定義( )證明多變過程(polytropic process)中，封閉系統21PdVW內 一理想氣體由狀態 1 至狀態 2 的過程中所作的功為 = . WnTmR1)(2(10%)(b)一活塞裝置如 Fig. 1 所示，內含 2kg, 100 kPa，300 K 的氮氣 N2 (分子量=28), 氮氣以一關係式 PV1.4=Constant 的速率壓縮直到最後溫度為 360 K，請計算 此過程所作的功。 (10%)2Fig. 13. 如 Fig. 2 所示
3、，在 30 0C 下含有 1 kg 的水蒸氣(steam)，活塞的截面積為0.065 m2,其質量為 40 kg，並停放在一制止物(stop)上面，此時活塞底下空間所佔的體積為 0.1 m3。假設外面的大氣壓力為 94 kPa，而當地的重力加速度為 9.75 m/s2。現在熱被傳送到此系統一直到圓柱內的水蒸氣變成飽和蒸氣(saturated vapor)為止。(a) 請問當活塞開始由制止物上升時，水的溫度為多少？ (10%)(b) 請計算在整個過程中水所作的功。 (10%)Fig. 24. 如 Fig. 3 所示，一圓筒活塞系統內含 0.03 m3 的 Freon-12，起始狀態為 25 0C
4、, quality= 90%，活塞質量為 90 kg，其截面積為 0.006 m2,並用一釘子固定住，週圍的大氣壓力為 100 kPa，現移去釘子，使活塞移動，在一段時間後，此系統達到平衡，最後之溫度為 25 0C。假設重力加速度為 9.81 m/s2。(a) 請問 Freon-12 最後之壓力與體積。 (10%)(b) 請計算在整個過程中 Freon-12 所作的功。 (10%)5. 如 Fig. 4 所示，一圓筒活塞被一彈簧所壓制，當圓筒活塞碰到底部時，彈簧無任何力量作用在活塞上，而彈簧力正比於彈簧移行距離，當活塞碰到制止物時圓筒內的體積為 0.12 m3，本題忽略活塞質量，並假設大氣壓力為 100 kPa。圓筒內最初含有 4 kg 的水於 350 kPa, quality= 1%，然後被加熱直到飽和蒸氣(saturated vapor)狀態為止。(a) 請問最後壓力=? (10%)(b) 請計算在整個過程中水所作的功。 (5%)(c) 請畫出整個過程中的 P-V 圖。 (5%)3Fig. 4Fig. 3Water:Water (Continue):4Freon-12:Saturated Freon-12Superheated vapor
