機械工程 103 年熱力學考古題

一個比熱 α (J/kgK)質量m(kg)的鐵塊，原來溫度為t1(℃)與一個比熱β(J/kgK)質量 M(kg)的銅塊，原來溫度為t2(℃)，同時都丟至一無窮質量之大海中，水溫原來為 t3(℃)，其中t3<t1，t3<t2。試求： ㈠ 平衡溫度後鐵塊熵變化為多少？其為正值或負值？代表何種現象？（10 分） ㈡ 平衡溫度後海水增加多少熱量與熵？（10 分） ㈢ 平衡溫度後整體系統對宇宙產生多少熵之變化？（5 分）

一物質之黑姆赫茲自由能（Helmholtz Free Energy）a，有下列之公式表達 ) 1( ln a 0 0 0 T T cT v v RT ，其中R，v0，T0，c 為常數，v 為比容，T 為溫度。 試求下列之熱力學性質，以v，T 表達之。 ㈠ 定壓比熱Cp=？（10 分） ㈡ 壓力P=？（10 分） ㈢ 熵s=？（5 分）

標準空氣汽油機奧圖循環（Otto Cycle），壓縮比為12，壓縮初始溫25℃，初始壓 1 bar，最高溫為1800 K，定容比熱717.6 J/kgK，氣體常數0.287 kJ/kgK，試求下列 之結果： ㈠ 各循環過程之溫度(℃) =？與壓力值(bar)=？（10 分） ㈡ 平均有效壓力值（mean effective pressure）=？（10 分） ㈢ 熱效率=？（5 分）

乙烷Ethane（C2H6）與過剩空氣20%燃燒，其燃燒產物，總壓為110 kPa，其產物 皆氣態為CO2，H2O，O2 與N2，試求下列之結果： ㈠ 燃燒平衡方程式。（10 分） ㈡ 空燃比（air-fuel ratio）=？（10 分） ㈢ 產物之露點溫度(℃)=？（5 分） （註：水在60.06℃之飽和壓力20 kPa，53.97℃之飽和壓力15 kPa）