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研究所講重點【熱力學新傳】

  • 作者 : 林禾
  • ISBN : 9789863456223
  • 版本 : ?版
  • 出版日期 : 2019-06-19
  • 規格 : 平裝 / 560頁 / 17.0 x 23.0 x 2.1 cm / 單色印刷
  • 定價 : NT650元
  • 優惠價 : NT$585

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內容
書本內容

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  熱力學(Thermodynamics)是為研究能量相互轉換關係的一門科學。熱力學的歷史在早期是為研究蒸汽機、發電及相關應用。一直延續至現今風力發電、太陽能電池、燃料電池、電動車與LED等等的研發都是當代全球最夯的主題與發展重點。所以熱力學在古早至現今的科學中,皆佔有舉足輕重的地位。尤其近年有關能源與環保的話題不斷地被全球會議提出與討論,因此熱力學的重要性不言可喻。

  要學好熱力學,絕非單純背誦公式或多算題目即可!因此筆者在各單元中的內容、例題,都會以較親切、易懂的口吻來表達,使讀者能在短時間內輕鬆學會,並且熟悉題型,而不再懼怕熱力學。

  本書內容網羅了台大、清大、交大、成大、中央、中山、中興及中正等學校之歷屆試題,因此本書中所收納題型相當廣泛,使讀者擁有這一本書籍,即可快速抓住各學校與系所考試的重點,並且可以在相對短時間內獲得有效讀書高效率。

◎本書特色

*內容新穎、鑑往知來
各單元中的例題皆為該單元的代表性精選試題,確切掌握出題趨勢及準備方向,可達事半功倍之效

*解題靈丹,重點整理
各單元的例題答案均有詳細精準的解答,協助讀者迅速破題

*過程步驟,流暢清晰
內容編排流暢,解題步驟完整,針對難題提供題意說明,幫助讀者快速瞭解題意

*圖表說明,重點提要
各單元或重要例題中含有老師在講,一定要聽的補充說明,方便讀者將該題相關觀念及熱力學的前後單元融會貫通


 

熱力學各公職/研究所占比、高效準備方法

林禾【熱力學】考科準備重點

高考/地方特考/鐵路特考/關務特考/研究所考科準備

 

  近幾年考題趨向於觀念與證明的題型為主,因此有許多學校的研究所考試是禁止帶計算機進入。所以在準備方向上也需有所轉變,學習或練習過程中,必須詳加注意各項定義及其物理概念,並注意各單元的連慣性,方可應付題目的多變性與串連性。

 

  高考熱力學考試中,將重心著重在熱力學第一定律封閉系統、開放系統及暫態流分析及熱力學第二定律中的熵增定理,在搭配動力系統中的實際應用(如汽油、柴油及噴射引擎等分析)。而在列式中,首要的假設條件必須先設定或說明清楚,再由質量守恆、熱力學第一定律及熱力學第二定律求解變數聯立關係。

 


 

【熱力學準備方法】

熱力學命題趨勢剖析

在有關熱力學考題中,考題的題型可分類為『觀念型』、『證明型』及『計算型』,個別的解法及準備要領皆略有不同,茲分別說明如下:

觀念型

此類的題型是最為有趣但最為有難度的,也是台大獨衷的題型!此類題型要拿滿分絕非僅靠平常的熟練多算題目即可,此類題型要完全掌握(拿滿分),必須仰賴對於熱力學的所有章節全盤性瞭解與各環節之關聯與其應用。

《解法》

思考題意與其相關的物理觀念為何?並搭配適當的數學模型予以求解並試著以文字敘述來描述你的解法,以提供閱卷者一個給您高分的依據。

 

證明型

證明型之大部分考題都是屬於平常熟練度及考場上穩定度的考驗,研究所考試中大部分的證明題皆屬於常見的公式證明,故平常若能細心並仔細的研讀,此類題型定可輕鬆拿分!

《解法》

先將題意的要求確定,並搭配適當的假設條件(題意會給定或需自行假設),通常還需搭配其它的方程式予以聯立求解,要搭配何種方程式,這就需觀察題意或仰賴平常的練習及對參數的敏感度來找出。

 

計算型

計算型是大多數同學最能掌握的部分,此類題型的解法幾乎完全依賴所求之相對應的公式代入計算即可。此類題型雖是相對最簡單,但其陷阱或考生的失誤率卻是最大的,所謂的陷阱,比方說題目數據方面的單位是為不同,或出了相當少見的單位轉換(尤其英制單位,考生們大都不熟),若一不注意,就任意將其代入方程式中,可能會因此全盤皆沒。故需謹慎小心才是!

 


【熱力學解題技巧】

無論何種題型林禾老師經研讀許多有關熱力學方面資料及搭配多年的教學經驗、解了上萬題的解題歷練,將熱力學解題技巧歸納如下,以供同學們有一個解題概念的歸屬:

 

Step 1 看清題意

先看清題目並將題意之重點圈出,以利在解題時的思維。

Step 2 確定系統

將題意之物理問題予以確定是為封閉系統或為開放系統。(例如:一般常見之活塞-汽缸系統是為封閉系統,汽車水箱、渦輪機是開放系統…等等)

Step 3 繪出示意圖

將題意之物理系統圖繪出。(包含系統邊界及狀態圖)(如:考慮一活塞-汽缸系統,且活塞在作壓縮動作)

Step 4 標出流體

將題意之工作流體確定。(例如:流體是為理想氣體或不可壓縮流體…等等)

Step 5 建立方程式

若步驟4能順利並正確的進行,則即可建立適當的數學方程式。(如:理想氣體狀態方程式,及熱力學之定律關係式)

Step 6 小心單位

在最後代入數據方面,要千萬小心數據的單位一致性,若此步失誤,則可謂前功盡棄!千萬小心!(如:第一定律的焓項與動能項的相加減,需將動能項先除103再予以相加,其答案單位方同為kJ/kg)。

 


【各考試類別考情分析】

在熱力學研究所考試中,老師將歷年考題彙整統計,考題的整體重點皆著重在 

 

(1) 理想氣體

(2) 封閉及開放系統熱力學第一定律

(3) 可逆功與不可逆性

(4) 熵增定律

(5) 各項循環

所以在準備時,必須將這些單元或相關例題及歷屆考題熟練,必可短時間內獲得極大效果!

 


【熱力學章節重點】

流體力學緒論

1. 熱力學定義

★★

2. 熱力學常用名詞定義

★★

純質的性質及狀態

1. 熱力查表

★★★

2. 理想氣體

★★★★

3. 相圖分析

★★★

熱力學第一定律

1. 封閉系統熱力學第一定律

★★★★

2. 開放系統熱力學第一定律

★★★★

3. 暫態流

★★★

熱力學第二定律

1. 卡諾循環

★★★★★

2. 熱機及冷凍機

★★★

3. 第二定律的兩個說法

★★

1. 克勞休斯不等式

★★★

2. 封閉系統熵平衡

★★★★

3. 開放系統熵平衡

★★★★

可用能

1. 可用能定義

★★★

2. 封閉系統可用能

★★★

3. 開放系統可用能

★★

動力系統

1. 朗肯循環

★★

2. 奧圖循環

★★★★

3. 笛塞爾循環

★★★

4. 布雷登循環

★★

5. 冷凍循環

★★★

熱力關係式

1. 內能變化關係式性

2. 焓變化關係式

3. 比熱關係式

4. 克拉皮龍關係式

熱化學

1. 熱化學

★★

* 各章節重要程度整理資料來源,由TKB百官網林禾老師提供。

 


【熱力學考試占比分配表】

熱力學不僅在機械研究所的熱學組中會考、其他國營考試也會考。

以下分析各公職考試中熱力學章節所佔的重要比例分別是多少,考試有高考、身障特考、鐵路特考、地方特考及關務特考,建議先往占比較重的章節做準備增加效率。

章節/考試

高普考

身障特考

鐵路特考

地方考試

關務特考

高考

三等

三等

三等

三等

熱力緒論

         

純質的性質及狀態

10%

   

20%

 

熱力學第一定律

20%

20%

25%

20%

20%

熱力學第二定律

20%

   

20%

 

20%

20%

 

20%

40%

可用能

 

20%

     

動力系統

15%

40%

75%

20%

40%

熱力關係式

         

氣體混合

         

化學反應

15%

       

合計

100

100

100

100

100

 

章節/年度

108 台灣大學

108 成功大學

機械

應力

工科

機械

航太

工科

熱力緒論

   

20%

20%

   

純質的性質及狀態

 

26%

     

20%

熱力學第一定律

 

24%

40%

 

15%

30%

熱力學第二定律

20%

     

10%

25%

         

25%

可用能

           

動力系統

25%

28%

   

49%

 

熱力關係式

10%

 

10%

 

26%

 

氣體混合、濕度學

 

22%

30%

     

化學反應

           

合 計

           

* 資料整理來源,由TKB林禾老師提供。

 


 

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目錄

第一單元 熱力序論
1.1熱力學定義
1.2熱力系統
1.3能量
1.4一些基本定義
1.5溫度與熱力學第零定律
1.6熱力學兩大主角-功與熱
1.7比熱

第二單元 純質性質及狀態
2.1純質
2.2相圖
2.3相的變化及相關名詞
2.4熱力表之查表方法
2.5理想氣體
2.6非理想氣體
2.7范得瓦氣體狀態方程式
2.8吉博士相定律

第三單元 封閉系統-熱力學第一定律
3.1能量守恆觀念
3.2熱力循環的熱力學第一定律
3.3等容與等壓比熱關係
3.4封閉系統熱力學第一定律
3.5封閉系統多變過程

第四單元 開放系統-熱力學第一定律
4.1開放系統熱力學第一定律
4.2開放系統六大主題
4.3開放系統多變過程

第五單元 熱力學第二定律
5.1熱力學第二定律源起
5.2熱能儲器
5.3熱機
5.4冷凍機與熱泵
5.5不可逆因子
5.6卡諾循環
5.7熱力溫標
5.8熱力學第二定律的兩個說法

第六單元 熵
6.1熵的簡介
6.2克勞修斯不等式
6.3熵的出場
6.4Tds關係式
6.5熵變化
6.6不可逆過程熵變化
6.7熵平衡
6.8熵增加相關證明
6.9等熵效率
6.10壓縮機的最小功

第七單元 可用能
7.1可用能定義
7.2風力與水力之可用能
7.3可逆功與不可逆性
7.4可用能平衡
7.5第二定律效率

第八單元 蒸汽動力循環
8.1卡諾循環與朗肯循環
8.2朗肯循環
8.3實際朗肯循環
8.4增加朗肯循環的效率方法
8.5理想再熱朗肯循環
8.6理想再生朗肯循環
8.7超臨界朗肯循環
8.8汽電共生與複合式動力循環

第九單元 氣體動力循環
9.1冷空氣標準分析
9.2往復式引擎
9.3奧圖循環
9.4笛塞爾循環
9.5雙燃循環
9.6布雷登循環
9.7史特靈與易利信循環
9.8特殊循環
9.9冷凍循環

第十單元 熱力關係式
10.1簡介
10.2麥克斯威爾關係式
10.3熵變化ds關係式
10.4內能變化du關係式
10.5焓變化dh關係式
10.6克拉皮龍方程式
10.7焦爾湯姆遜係數
10.8比熱關係式

第十一單元 濕度學
11.1大氣空氣
11.2絕對濕度與相對溼度
11.3濕空氣分析
11.4濕度圖

第十二單元 熱化學

附錄 熱力表