４ストロークエンジンの行程をボイルシャルルの法則で

質問

４ストロークエンジンの圧縮行程で熱が発生するのは圧力が上がり、体積が小さくなり、
圧力に比例して温度も上昇するのだと説明できると思っていますが、
４ストロークエンジンの燃焼膨張行程もボイルシャルルの法則で説明できませんか？

回答No.1

htms42 · ベストアンサー

＞圧縮行程で熱が発生するのは圧力が上がり、体積が小さくなり、
圧力に比例して温度も上昇するのだと説明できると思っていますが

この文章だと温度が上がることが熱が発生する理由になっています。どうして温度が上がるのでしょう。圧力に比例して温度が上がると書かれています。圧縮というのは圧力を加えて体積を小さくすることだとしていますから圧力上昇が温度上昇の理由になっています。
これがボイルシャルルの式からでてくると考えておられるのですね。

でも気体の温度は熱量が増加しないと上がりません。外部から熱を加えるか、外部から仕事をするかでなければエネルギーは増加しません。

圧縮で温度が上がるのは外部から仕事をするからです。
ボイルシャルルの式だけでは説明できないことです。
どの程度温度が上がるかは圧縮の行われた環境によって変わります。

体積が半分になるまで圧縮した時の圧力は初めの２倍であるとは限りません。２倍以上になる場合も２倍以下になる場合も有ります。圧力が２倍になるのは温度が変わらないように調節した場合です。外部に熱を逃がしています。外部との熱のやり取りが起こっていないとした場合は２倍よりも大きくなります。その時は圧縮による仕事の分だけエネルギーが増加していますから温度も高くなります。でもこの温度上昇は圧力上昇と比例関係にあるのではありませ。
圧力と温度が比例して変化するのは体積一定で加熱した場合です。

熱力学の教科書で「断熱変化」という章で扱っている内容ですので読んで見られるといいと思います。
＞http://ja.wikipedia.org/wiki/%E6%96%AD%E7%86%B1%E5%A4%89%E5%8C%96

断熱変化ででてくる式がボイルシャルルの式に代わるものだという風に考えないようにしてください。ボイル・シャルルの関係は成り立っているとして新たに断熱変化の条件を付け加えたのです。
ＰとＶの関係を決める式をＴとＶの関係を決める式に書き変える時にはボイルシャルルの式を使います。
ＰＶ^(γ)＝ｃｏｎｓｔ
ＴＶ^(γ－１)＝ｃｏｎｓｔ
γ＝Ｃｐ／Ｃｖ

エンジンのことが知りたいのであれば熱機関の章です。カルノーサイクルというのが扱われています。

ボイル・シャルルの法則というのは気体の温度、圧力、体積の関係です。どういう道筋でその変化が起こるかということは問題にしていません。単にＰＶ／Ｔ＝Ｐ'Ｖ'／Ｔ’という式だけです。
Ｐ'、Ｖ'、Ｔ'　３つの量の中の２つを決めると残りが決まります。

お礼

回答ありがとうございます。勉強になりました。