ガソリン混合気を着火した後の体積について

質問

閉空間にガソリン混合気を入れ着火した後、
中の気体の体積はどうなるのでしょうか？
閉空間の壁に対する圧力の影響が知りたいです。
よろしくお願いいたします。
・熱により気体が膨張？
・燃焼反応により、密度が下り、圧力減少？

回答No.2

cat-food · ベストアンサー

体積は変わりません。だって閉空間なんでしょう？閉空間ということは一定の体積があって、その中でガソリンが燃えるわけですから、閉空間の壁が壊れないかぎり体積は閉空間の体積のままです。
例えば、100リットルの内容積をもつ鉄製のボンベの中にガソリン混合気を入れて、電気火花で点火したとします。ボンと音がして、ボンベが振動するかもしれませんが、十分な強度を持ったボンベならそのまま何もなかったように存在するはずです。そしてボンベの中の内容積も100リットルのまま変わりません。つまり閉空間であるボンベの中でガソリンが燃えても、ボンベの体積はそのままです。ただしボンベの中ではガソリン混合気から二酸化炭素と水蒸気に変わっているはずです。
しかし、燃焼反応によって温度が上がります。温度が上がると圧力が上昇します。この圧力はボイル・シャルルの法則で計算できますが、温度が何度まで上がるかはガソリンの燃焼熱と混合気の量、およびこの系の熱容量によって決まります。
ボンベの壁がこの圧力に耐えられない場合は、ボンベが破裂するか、割れ目から中のガスが噴出します。このときは、気体が膨張し、体積が増えますが、今度はボンベの中の圧力はゼロ（大気圧と同じ）になります。
まとめると、密閉容器でガソリンを燃焼させたときは、体積が変わらないで、圧力が上昇します。もしその圧力によって容器の壁が壊れた場合は、ガスの体積が増えて（膨張して）、ボンベ内の圧力がゼロになります。体積の増加と圧力の増加が同時におこることはありません。
＞燃焼反応により、密度が下り、圧力減少？
閉空間であれば、そして気体から気体ができる反応であれば、その中でどのような化学反応が起ころうとも、体積は同じで、重さも変わらないので密度も変化しません（密度＝重さ÷体積ですから）。燃焼反応は発熱反応ですから温度が上昇し、圧力は増加します。減少することはありません。

回答No.3

noname#74145

ボイル＝シャルルの法則によると気体の圧力Ｐは
Ｐ∝絶対温度/体積となります
つまり変形しない箱に混合気が大気圧と同じ圧力で入っていてこれに着火した場合温度が急激に上がりますが絶対温度が燃焼前の8倍になれば圧力も8倍になるという意味です。

具体的には初期の温度が絶対温度で300度（27℃）、爆発時2400度（2127℃）だとすると2400/300=8
つまりピーク時には8気圧にもなるわけですね。

逆に容器が圧力で少し膨張する場合
燃焼前（大気圧）⇒着火燃焼（８気圧）⇒容器が膨れる（８気圧弱）⇒冷えて室温になる（容器の膨らみと水蒸気が水になる事で大気圧よりも低くなる）

というパターンを経ると思います。
ガソリンエンジンは圧縮後に点火している為更に圧力は大きくなりますね。

回答No.1

htms42

＞燃焼反応により、密度が下り、圧力減少？

圧力が減少するのであればどうしてガソリンエンジンは動くのでしょうか。自動車を動かすパワーはどこから出てくるのでしょうか。

まず燃焼の式を書いて考えてみてください。
オクタンＣ８Ｈ１８で書いていいと思います。