熱力學小考重點

 

溫度(五題,全考)

何謂熱力學第零定律?為什麼需要訂這樣若定律?

 

絕對零度是攝氏幾度?

- 273.15 C

一個東西的線膨脹係數是 α,那它的體膨脹係數是多少?

3 α

宇宙那麼大,所謂的 2.7 K 宇宙背景溫度,是怎麼量的?

不同溫度其熱幅射的頻率分佈不同,故可從光譜分佈反推溫度。

看圖說故事

 

 

第一定律(五題,全考)

描述熱力學第一定律。

dU = dQ -dW,系統的內能變化等於流入的熱減去對外作功。

描述熱功當量實驗,這個實驗告訴我們什麼?

告訴我們熱就是能量的一種形式。

寫出一種 pV 圖上畫不出來的過程。

自由膨脹

在 pV 圖上被一個封閉路線所包起來的面積,代表什麼意思?

該過程循環一次所作的功

 

氣體運動論(四題,全考)

何謂能量均分原理(定理)?

熱平衡下,每一個自由度可以獲得 1/2 kT 的動能。(或,每個理想氣體分子可獲得 3/2 kT 內能)

何謂理想氣體?

1. 只與容器壁碰撞。

2. 不考慮分子間交互作用、也忽略分子體積大小

 

何謂平均自由路徑?

兩次碰撞間可飛行的平均距離。

所謂 " 陽光與小雨,皆拜馬克斯威爾速率分佈之賜",此話怎講?

陽光:質子核融合所需之動能(速率)

小雨:水分子揮發所需之動能(速率)

 

第二定律(九題,考六題: 1, 2, 3, 5, 6, 7)

卡諾引擎的效率為何?

(TH - TL) / TH,其中 TH、TL 各為高、低呈熱庫的絕對溫度。(注意,是絕對溫度)

為什麼火力或核能發電廠的效率都只有百分之五十左右?

任何熱機之效率皆不能超過卡諾引擎,而卡諾引擎之效率決定於 溫差/高溫,發電鍋爐不能太高溫、而熱排放的低溫又受限於環境,因此效率很難提高。

喝水小鳥可以一直動的原理為何?

小鳥頭溼揮發降溫,氣壓變低吸引液體至頭部,鳥頭變重而彎身下啄頭沾水,同時頭部體傾倒流畫,鳥身打直。如此循環不斷,至杯中水乾為止。

覆水難收,是在講第一定律還是第二定律?

第二定律

試舉出一種時間方向不可逆之機制探討。

重現時間、機率解釋、初始條件敏感。

一理想氣體經自由膨脹兩倍體積後,問熵改變多少?

 

"完美冷機不存在",這句陳述請用白話說明。

熱不可能從低溫傳向高溫,(或)

一杯溫水不會自動變成熱水與冰塊。

寫出熵的公式:熱量溫度版;微觀機率版

ΔS = ΔQ/T;S = kb ln W

封閉系統的熵如何?

永不減小。