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106年公務、關務人員升官等考試、106年交通
事業鐵路、公路、港務人員升資考試試題 代號：26340 全一頁
等級： 薦任
類科（別）： 物理
科目： 熱物理
考試時間 ： 2 小時 座號：
※注意：
禁止使用電子計算器。
不必抄題，作答時請將試題題號及答案依照順序寫在試卷上，於本試題上作答者，不予計分。
本科目除專門名詞或數理公式外，應使用本國文字作答。
（請接背面）
一、在時間為零時，有兩個盒子：其中一個裝有一百萬顆白球，另一個裝有一百萬顆黑
球；每隔一秒鐘，從每個盒子隨機取出一球，放置到另一個盒子內。如此反覆操作
無數次，當時間足夠大時，請從熱力學的角度，說明盒子內黑球與白球的比例為何？
（20 分）
二、
考慮 n莫耳的理想氣體，遵守理想氣體方程式：PV=nRT，其中 R為氣體常數。初
始壓力、體積與溫度分別為 P1、V1與T1；最終壓力、體積與溫度分別為 P2、V2與
T2。考慮等壓膨脹過程中（P1 = P2 = P，V2 > V1），理想氣體所做功為何？（10 分）
承
，若此理想氣體之內能 PVU 2
3
=，則理想氣體吸收或是釋放出多少熱量？（10 分）
假設你帶一瓶裝了水的寶特瓶去爬玉山。你在山頂打開寶特瓶喝水，之後將寶特
瓶密封。回到平地會發現寶特瓶有何變化？試說明原因。（10 分）
三、自由能 T
S
U
F
−= ，其中 U、T、S分別代表系統的內能、溫度以及熵。在等溫可逆
過程中，系統吸收或放出的熱量
S
QΔ= 。請證明系統之自由能變化與系統對外界所
作的功之和為零。（20 分）
四、
假設室溫為攝氏 20 度，將一杯攝氏 50 度的水，與一塊攝氏 50 度的鐵，一同置於
桌上。請問為什麼水跟鐵溫度不會越來越高？那麼水跟鐵那一個先降至室溫？又
為什會降至室溫？（15 分）
熱震指的是在受熱過程中，由於物體各處溫度不同，而有不同的熱膨脹，造成不
同的熱應力，導致物體破裂。為避免熱震的損害，物質的熱傳導係數，與熱膨脹
係數，是越大還是越小越好？若該物質（像是玻璃）容易因為熱震受損，在加熱
時該注意什麼？當一塊攝氏負 20 度的冰塊，丟入攝氏 20 度的水中，冰塊在融化
之前，會有什麼變化？（15 分）