カルノーサイクル

質問

に限らず、色々なサイクルにおいて
どれが加熱過程で、どれが放熱過程か分かりません。

回答No.1

noname#21219 · ベストアンサー

横軸に気体の体積V,縦軸に気体の圧力Pをとった時のグラフを考えます。カルノーサイクルだったら、
1:等温膨張
2:断熱膨張
3:等温圧縮
4:断熱圧縮
で1サイクル終わるかと思います。
断熱過程では、文字通り断熱しているので熱は吸収
もされないし、放熱もしません。他のサイクルでも、
とりあえず断熱過程の部分では熱の出入りはありません。断熱では、内部エネルギーを純粋に仕事に変えるか（断熱膨張）、外部からの仕事が純粋に内部エネルギーの増加になるか、どちらかです。仕事のエネルギーは熱とは全く異なるのです。
等温膨張のときは、熱を受け取ります。受け取った熱
をそのまま仕事にし膨張するのです。等温圧縮は、熱を放出します。外部からされた仕事により溜まるエネルギーをそのまま放出するのです。
カルノーサイクルには組み込まれませんが、等積変化
で圧力が上がる場合、加熱しています。等積変化で
圧力が下がる場合、熱を放出しています。
等圧変化の場合、グラフは直線ですが、体積が増えてるときは加熱されています。体積を外圧一定のもとで
増やす仕事と内部エネルギーの増加に、加熱のエネルギーが使われます。

回答No.2

ency

No1 sky_fireさんと言っていることはまったく同じなんだけど、式で書いてみます。

熱力学の第一法則はこんな感じですよね。

Q = ΔU + W
# Q: 気体が外部から取り込んだ熱
# ΔU: 気体の内部エネルギーの増加分
# W: 気体が外部にした仕事

このとき、Q>0 が吸熱 (加熱)、Q<0 が発熱 (放熱) となりますね。

で、カルノーサイクルであれば、
1. 等温膨張過程は ΔU=0、W>0 から Q>0、つまり吸熱 (加熱) になります。
2. 断熱膨張過程は Q=0 つまり熱の出入りはありません。
3. 等温圧縮過程は ΔU=0、W<0 から Q<0、つまり発熱 (放熱) になります。
4. 断熱圧縮過程は Q=0 つまり熱の出入りはありません。

# 等温過程の場合、ΔT=0 (温度変化が0)なので、ΔU = CvΔT = 0 となります。
# 断熱過程の場合、Q=0 (熱の出入りが0) となります。
# 膨張過程の場合、W>0 (気体が外部に仕事をした分だけ膨張する) となります。
# 圧縮過程の場合、W<0 (気体が外部から仕事をされた分だけ圧縮される) と
# なります。
# …念のため。。。

ちなみに、等積過程の場合は、W=0 (気体が外部に対して仕事をしないから体積が変化しない) と考えます。

そして等圧過程の場合は、仕事を W=pΔV (圧力p (一定) と体積変化ΔV の積) として考えます。
# 等圧膨張過程、等圧圧縮過程が、発熱、吸熱のどちらになるのかは、ちょっと
# ご自分で考えてみてください。
# ヒント⇒状態方程式 pV=nRT を使って、熱力学第一法則の式を変形してみて
# ください。

ま、最後の等積過程、等圧過程は、カルノーサイクルとは関係ありませんが。。。

こんな感じでいかがでしょうか。