申論 1考慮一理想氣體（ideal gas），起始的溫度及壓力狀態分別為340 K 及1 bar（狀態1），依照下列步驟，完成可逆的循環程序（reversible cyclic process）：步驟1：此氣體首先在絕熱方式之下，使溫度提高至410 K（狀態2）。步驟2：此氣體繼續在恆壓方式之下，冷卻至340 K（狀態3）。步驟3：最後，此氣體在恆溫方式之下，使壓力回復至1 bar（回復至狀態1）。c5.1RR.8314J此理想氣體的比熱為，。請回答下列問題：vgmol．K㈠請在P-V 狀態圖上表示此循環程序。（5 分）㈡假設此循環程序之中有不可逆（irreversible）的狀況發生，各步驟之效率（efficiency）只有可逆（reversible）狀況下的85%，若此循環程序中各步驟仍達到與上述相同的溫度及壓力狀態，請計算此實際的狀況下，完成步驟2 需要加熱或冷卻的熱量為若干J/gmol。（10 分）㈢同㈡部分所述，請計算此實際的不可逆狀況下，繼續完成步驟3 需要加熱或冷卻的熱量為若干J/gmol。（10 分）
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申論 2空氣在可以視為理想氣體的狀況下，以穩態流動（steady state flow）方式，由起始狀態的300 K 及100 kPa，先經過步驟1，由絕熱（adiabatic）壓縮機加壓到500 kPa 及600 K 的狀態，再經過步驟2，經由冷卻器使溫度及壓力分別降至300 K 及450 kPa。c291.J空氣的恆壓熱容量，恆壓熱容量對恆容熱容量的比值為：pgmol．Kc /c4.1pv12entropyJ㈠計算空氣經過步驟 及，其熵（）之總改變量為若干（），gmol．K並解釋此計算結果的合理性。（15 分）㈡計算此壓縮機的效率為若干。（10 分）年公務人員高等考試三級考試試題代號：35460全一張(背面)類科：核子工程科目：工程熱力學4 kg/kgmolc2.5kJc /c.1667
申論 3氮氣（視為理想氣體，分子量為，，）pkg．Kpv起始的溫度及壓力分別為450 K 及300 kPa。此氣體以穩態流動（steady state flow）流經一個水平放置且絕緣良好（well-insulated）的收縮放大噴嘴（converging-diverging nozzle）。氣體在進入噴嘴時的速度極慢，在噴嘴出口處，氣體的壓力降低為180 kPa。現有兩位工程師，在噴嘴出口測量氣體的出口溫度，甲工程師測得的出口溫度為350 K，乙工程師測得為375 K。請回答下列問題：㈠請判斷甲工程師或乙工程師測得的數據為不合理，並說明不合理的原因。（10 分）㈡依照合理的出口測量溫度數值，計算氣體的出口速度（m/s）。（10 分）㈢計算經過此程序，整個宇宙（universe）熵的變化量（entropy change），單位以kJ5（）表示。（ 分）kg．K
申論 4請回答下列問題：㈠某冷凍機（freezer）之COP（coefficient of performance）數值為12，外界環境的溫度為300 K，若此冷凍機可以假設為Carnot 冷凍機，請問冷凍機內的溫度為若干？（9 分）㈡一個重量為100 kg 的重物，放在100 公尺的高樓之上，溫度與環境溫度（300 K）相同。此重物突然墜落至地平面，溫度最後又回復到環境的溫度（300 K），請計算此重物經過此程序後，其熵值的改變量（entropy change），並說明計算過程的原因。（8 分）㈢請在溫度—熵（T-S）圖，以及壓力—焓（P-H）圖上，表示Rankine 冷凍循環（Rankine refrigeration cycle）的流程，並標明其流程的方向。（每圖各4 分，共計8 分）