熱力學|研究所考試準備方法
什麼是熱力學?
熱力學是從 18 世紀末期發展起來的理論,主要是研究功與熱之間的能量轉換。
此外,它是結合工程、物理與化學的一門學問,專注在系統與外在環境間能量的交互作用
早期物理中,把研究熱現象的部分稱為熱物理、熱學,近代則稱之為熱力學,是許多大學理工相關科系的必修的課程。
熱力學有四個最基本的定律:能量守恆、熵增原理、絕對零度不可抵達、熱平衡的傳遞性。
這四個定律構成了熱力學的基礎,應用非常廣泛
熱力學的應用範圍包括:引擎、壓縮機、發電機冷凍空調系統、能源替代系統及人工器官等。
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考試準備方法
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觀念,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。
解題技巧
思考題意與其相關的物理觀念為何?
搭配適當的數學模型,予以求解。
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!
解題技巧
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!
解題流程
無論是為何種題型,老師經研讀了許多有關熱力學方面資料。
搭配多年的教學經驗、解了上萬題的解題歷練。
將熱同力學解題技巧歸納如下,以供學們有一個解題概念的歸屬:
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。 |
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 |
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) |
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 |
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,Pv=mRT及熱力學之定律關係式 |
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) |
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考情趨勢
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。
各考試考情分析
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:
- 理想氣體
- 封閉及開放系統熱力學第一定律
- 可逆功與不可逆性
- 熵增定律
- 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!
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教學模式
- 創意且生活化之教學,使您學習輕鬆無障礙
- 上課輕鬆幽默、親和力十足,讓同學如沐春風
- 教學內容完整清晰、循序漸進,兼具廣度與深度
- 教學意像直逼「婦孺能解」般境界
- 考題預測直逼「直搗黃龍」般神準
章節重點
章節 | 內容 | 重要度 |
---|---|---|
第一章 流體力學緒論 | 一、熱力學定義 | ★★ |
二、熱力學常用名詞定義 | ★★ | |
第二章 純質的性質及狀態 | 一、熱力查表 | ★★★ |
二、理想氣體 | ★★★★ | |
三、相圖分析 | ★★★ | |
第三章 熱力學第一定律 | 一、封閉系統熱力學第一定律 | ★★★★ |
二、開放系統熱力學第一定律 | ★★★★ | |
三、暫態流 | ★★★ | |
第四章 熱力學第二定律 | 一、卡諾循環 | ★★★★★ |
二、熱機及冷凍機 | ★★★ | |
三、第二定律的兩個說法 | ★★ | |
第五章 熵 | 一、克勞休斯不等式 | ★★★ |
二、封閉系統熵平衡 | ★★★★ | |
三、開放系統熵平衡 | ★★★★ | |
第六章 可用能 | 一、可用能定義 | ★★★ |
二、封閉系統可用能 | ★★★ | |
三、開放系統可用能 | ★★ | |
第七章 動力系統 | 一、朗肯循環 | ★★ |
二、奧圖循環 | ★★★★ | |
三、笛塞爾循環 | ★★★ | |
四、布雷登循環 | ★★ | |
五、冷凍循環 | ★★★ | |
第八章 熱力關係式 | 一、內能變化關係式性 | ★ |
二、焓變化關係式 | ★ | |
三、比熱關係式 | ★ | |
四、克拉皮龍關係式 | ★ | |
第九章 熱化學 | 一、熱化學 | ★★ |
註:以上資料僅供參考,實際內容請以老師上課為主。
參考用書
- Thermodynamics,Yunus A.Cengel、Michael A.Boles
- Thermodynamics,Kenneth Wark
- Fundamental of Thermodynamics,Sonntag、Borgnakke、Van Wylen
- Fundamental of Engineering Thermodynamics,Moran
- Advanced Engineering Thermodynamics,A. Bejan
熱力學|授課老師:林禾
工作經驗
- 大學講師
- 中國鋼鐵合作計畫
- 台電合作計畫
- 彰濱工業區 世鴻工業股份有限公司合作計畫
現職
- 大碩專任 熱力學老師
- 大碩專任 流體力學老師
- 大碩專任 水文學老師
出 版
- 流體力學新傳(上)(下) 大碩教育出版
- 國營流體力學重點整理 大碩教育出版
- 高普考流體力學 大碩教育出版
- 熱力學新傳 大碩教育出版
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教學特色
- 創意且生活化之教學,使您學習輕鬆無障礙
- 上課輕鬆幽默、親和力十足,讓同學如沐春風
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文:徐培鈞
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