⑴肺部是人類氧氣與二氧化碳交換的地方，氣體傳輸的效率相當高。請問為甚麼在 肺部可以讓氧氣與二氧化碳能很有效地達到氣體交換以提供我們所需的氧氣、及 很快可將二氧化碳排出體外？

一、描述生理系統時常用到『腔室模式（compartmental model）』，請說明腔室模式的 理論基礎是甚麼？Gobelli 等人認為人體內的葡萄糖的利用可以分為兩大類，一類是 與胰島素有關的利用、另一類是與胰島素無關的利用。請利用線性及腔室模式描述 體內葡萄糖的產生、傳輸、及代謝，並以數學式表示之。（25 分）

⑵呼吸時若吸入的氣體中含有大小不同的粉塵或微粒，請依顆粒大小說明粉塵或微 粒會沉積在上呼吸道（氣管、支氣管）？還是下呼吸道（肺泡囊）？（25 分）

三、滅菌時需要將所有細菌加熱到固定的溫度持續一段時間，雖然個別的細菌都很小， 但若細菌聚積成菌落或團塊時，在下層的細菌可能需要更長的時間才能達到所要求 的滅菌溫度，因此下層的細菌可能因沒有在所要求的滅菌溫度下持續到所要求的時 間，而達不到滅菌的效果。若假設細菌與菌團為圓球型時，當有n個半徑為r的細菌 聚積成一半徑為R的球型菌團，其R與r的關係為R = r[n/(1-E)]1/3，其中E為孔隙度，E = 0.4。若球型菌團表面上的熱傳遞係數為 h = 4× 10− 4 k f / R ，其中 k f 為空氣的熱傳導 係數，值為 0.0317 W/ m． K。若細菌的半徑為 1µm，其比熱、密度、及熱傳導係數分 別為 3.6 kJ/kg．K、1080 kg/m3、及 0.49 W/m．K。當細菌團塊含有 100000 個細菌時， 請求出細菌團塊的半徑及熱傳遞係數、並計算此細菌團塊中 99%的細菌都達到滅菌 溫度所需的時間。（25 分）

(三)假設該加溫器的左側是熱源，右側是用來接觸體外循環的體液，若體液是穩定流動狀態，請說明體液在x方向的溫度變化情形與何種熱傳現象有關。（5分）

(二)以熱傳方程式的解答說明增加熱傳速率的參數（驅動力）與減少熱傳速率的參數（阻力）。（10分）

(一)熱傳導是透過介質的溫差將熱能從高溫傳遞到低溫，如下圖所示為一種平板型加溫器，其熱傳方程式為 q/A = -k×dT/dx，其中 q 為熱傳速率，k 為熱傳導係數（常數），A 為平板的面積，平板厚度 Δx，厚度方向的溫差為 T1-T2（＞0）。請將該一階微分方程式求解。（10 分）

(三)假設在溫度為298 K及1大氣壓下，1.0公升飽和血氧的血液含有0.17公升氧氣（O2）。血液中每一個血紅素可結合4個氧分子，試計算每公升飽和血氧的血液可以溶解多少個氧分子？考慮氧氣為理想氣體且理想氣體常數（R）為8.2×10-2 L atm mol-1 K-1。（5分）

(二)以下等式用來描述溶質在溶液中的擴散係數D=kT/6πηr，在溫度（T）為298 K下，水的黏度（η）是0.9 mPa s，血紅素在水中的擴散係數（D）為6.9×10-11m2 s-1，假設血紅素為圓形顆粒，其在水中的半徑（r）為多少？波茲曼常數（k）為1.38×10-23 J/K。（10分）

(一)請說明溶質在液體中的濃度梯度與其擴散現象的關係。（10 分）

(三)從較真實的生理條件下討論，葡萄糖、能量補充包或其它物質對體溫調控的功效。（12分）

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