كيفية قياس كثافة البنزين

يمكن أن يمنحك قياس كثافة البنزين فهمًا أفضل لاستخدامات البنزين لأغراض مختلفة في أنواع مختلفة من المحركات.

كثافة السائل هي نسبة كتلته إلى الحجم. اقسم الكتلة على حجمها لحسابها. على سبيل المثال ، إذا كان لديك 1 جرام من البنزين يبلغ قياسه 1.33 سم³ في الحجم ، ستكون الكثافة:

تعتمد كثافة وقود الديزل في الولايات المتحدة على فئته 1D أو 2D أو 4D. يعتبر وقود 1D أفضل للطقس البارد لأنه يتمتع بمقاومة أقل للتدفق. الوقود ثنائي الأبعاد هو الأفضل لدرجات حرارة خارجية أكثر دفئًا. 4D أفضل للمحركات منخفضة السرعة. تبلغ كثافتها 875 كجم / م على التوالي³849 كجم / م³ و 959 كجم / م³. الكثافة الأوروبية للديزل بالكيلو جرام / م^{3 .}من 820 إلى 845.

يمكن أيضًا تحديد كثافة البنزين باستخدام الثقل النوعي للبنزين. الجاذبية النوعية هي كثافة الجسم مقارنة بأقصى كثافة للماء. أقصى كثافة للماء هي 1 جم / مل عند حوالي 4 درجات مئوية. هذا يعني ، إذا كنت تعرف الكثافة بالجرام / مل ، فيجب أن تكون هذه القيمة هي الثقل النوعي للبنزين.

الطريقة الثالثة لحساب كثافة الغاز تستخدم قانون الغاز المثالي:

بحيثصهو الضغط ،الخامسهو الحجم ، ن هو عدد المولات ،رهو ثابت الغاز المثالي وتيهي درجة حرارة الغاز. تمنحك إعادة ترتيب هذه المعادلةnV = P / RT، حيث يكون الجانب الأيسر نسبة بيننوالخامس​.

باستخدام هذه المعادلة ، يمكنك حساب النسبة بين عدد مولات الغاز المتوفرة في كمية الغاز والحجم. يمكن بعد ذلك تحويل عدد المولات إلى كتلة باستخدام الوزن الذري أو الجزيئي لجزيئات الغاز. نظرًا لأن هذه الطريقة مخصصة للغازات ، فإن البنزين في شكل سائل سوف ينحرف كثيرًا عن نتائج هذه المعادلة.

قم بوزن أسطوانة مدرجة باستخدام مقياس متري. سجل هذه الكمية بالجرام. املأ الأسطوانة بـ 100 مل من البنزين ووزنها بالجرام بالميزان. اطرح كتلة الأسطوانة من كتلة الأسطوانة عندما تحتوي على البنزين. هذه هي كتلة البنزين. اقسم هذا الرقم على الحجم 100 مل لتحصل على الكثافة.

من خلال معرفة معادلات الكثافة والجاذبية النوعية وقانون الغاز المثالي ، يمكنك تحديد كيفية اختلاف الكثافة حسب وظيفة المتغيرات الأخرى مثل درجة الحرارة والضغط والحجم. يتيح لك إجراء سلسلة من القياسات لهذه الكميات معرفة الطريقة التي تختلف بها الكثافة نتيجة لها أو كيف تختلف الكثافة نتيجة لواحدة أو اثنتين من هذه الكميات الثلاث بينما يتم الاحتفاظ بالكميات أو الكميات الأخرى ثابت. غالبًا ما يكون هذا مفيدًا للتطبيقات العملية التي لا تعرف فيها جميع المعلومات حول كل كمية غاز واحدة.

ضع في اعتبارك أن المعادلات مثل قانون الغاز المثالي قد تعمل من الناحية النظرية ، لكنها في الممارسة العملية لا تأخذ في الحسبان ملاءمة الغازات عمليًا. لا يأخذ قانون الغاز المثالي في الاعتبار الحجم الجزيئي والجاذبية بين الجزيئات لجزيئات الغاز.

نظرًا لأن قانون الغاز المثالي لا يأخذ في الحسبان أحجام جزيئات الغاز ، فإنه يكون أقل دقة عند كثافات الغاز المنخفضة. في الكثافات المنخفضة ، يكون هناك حجم وضغط أكبر بحيث تصبح المسافات بين جزيئات الغاز أكبر بكثير من حجم الجسيمات. هذا يجعل حجم الجسيمات أقل انحرافًا عن الحسابات النظرية.

تصف القوى الجزيئية بين جزيئات الغاز القوى الناتجة عن الاختلافات في الشحنة والبنية بين القوى. تشمل هذه القوى قوى التشتت ، القوى بين ثنائيات القطب ، أو شحنات الذرات بين جزيئات الغاز. تحدث هذه بسبب الشحنات الإلكترونية للذرات اعتمادًا على كيفية تفاعل الجسيمات مع بيئتها بين الجسيمات غير المشحونة مثل الغازات النبيلة.

من ناحية أخرى ، فإن قوى ثنائي القطب هي الشحنات الدائمة على الذرات والجزيئات التي تستخدم بين الجزيئات القطبية مثل الفورمالديهايد. أخيرًا ، تصف روابط الهيدروجين حالة محددة جدًا من قوى ثنائي القطب ثنائي القطب حيث ترتبط الجزيئات بالهيدروجين بالأكسجين والنيتروجين ، أو الفلور الذي ، بسبب الاختلاف في القطبية بين الذرات ، هو أقوى هذه القوى ويؤدي إلى صفات ماء.

استخدم مقياس كثافة السوائل كطريقة لقياس الكثافة تجريبيًا. مقياس كثافة السوائل هو جهاز يستخدم مبدأ أرخميدس لقياس الجاذبية النوعية. ينص هذا المبدأ على أن الجسم الطافي في سائل سيزيل كمية من الماء تساوي وزن الجسم. سيوفر المقياس المقاس على جانب مقياس كثافة السوائل الثقل النوعي للسائل.

املأ حاوية شفافة بالبنزين وضع المكثاف بحذر على سطح البنزين. قم بتدوير المكثاف لإزاحة كل فقاعات الهواء والسماح لموضع مقياس السوائل على سطح البنزين بالاستقرار. من الضروري إزالة فقاعات الهواء لأنها ستزيد من طفو مقياس كثافة السوائل.

اعرض المكثاف بحيث يكون سطح البنزين في مستوى العين. سجل القيمة المرتبطة بالوسم على مستوى سطح البنزين. ستحتاج إلى تسجيل درجة حرارة البنزين لأن الثقل النوعي للسائل يختلف باختلاف درجة الحرارة. تحليل قراءة الجاذبية النوعية.

يتسم الجازولين بثقل نوعي بين 0.71 و 0.77 ، اعتمادًا على تركيبته الدقيقة. المركبات العطرية أقل كثافة من المركبات الأليفاتية ، لذلك يمكن أن تشير الثقل النوعي للبنزين إلى النسبة النسبية لهذه المركبات في البنزين.

ما الفرق بين الديزل والبنزين؟ تصنع الجازولين بشكل عام من الهيدروكربونات ، وهي سلاسل من الكربون المربوطة مع أيونات الهيدروجين ، والتي يتراوح طولها من 4 إلى 12 ذرة كربون لكل جزيء.

يحتوي الوقود المستخدم في محركات البنزين أيضًا على كميات من الألكانات (الهيدروكربونات المشبعة ، مما يعني أنها تحتوي على أقصى كمية من الهيدروجين الذرات) والألكانات الحلقية (جزيئات الهيدروكربون مرتبة في تكوينات دائرية تشبه الحلقة) والألكينات (الهيدروكربونات غير المشبعة التي لها سندات).

يستخدم وقود الديزل سلاسل هيدروكربونية تحتوي على عدد أكبر من ذرات الكربون ، بمتوسط ​​12 ذرة كربون لكل جزيء. تزيد هذه الجزيئات الأكبر من درجة حرارة التبخر وكيف تتطلب المزيد من الطاقة من الضغط قبل الاشتعال.

يحتوي الديزل المصنوع من البترول أيضًا على ألكانات حلقية بالإضافة إلى أشكال مختلفة من حلقات البنزين التي تحتوي على مجموعات ألكيل. حلقات البنزين عبارة عن هياكل شبيهة بالسداسية تتكون من ست ذرات كربون لكل منها ، ومجموعات الألكيل عبارة عن سلاسل ممتدة من الكربون والهيدروجين تتفرع من جزيئات مثل حلقات البنزين.

يستخدم وقود الديزل اشتعالًا للوقود لتحريك حجرة أسطوانية الشكل تؤدي الضغط الذي يولد الطاقة في السيارات. تنضغط الأسطوانة وتتوسع من خلال خطوات عملية المحرك رباعي الأشواط. تعمل محركات الديزل والبنزين باستخدام عملية محرك رباعي الأشواط تتضمن السحب والضغط والاحتراق والعادم.

1. أثناء خطوة السحب ، يتحرك المكبس من أعلى حجرة الضغط إلى أسفلها يسحب خليطًا من الهواء والوقود إلى الأسطوانة باستخدام فرق الضغط الناتج عن ذلك عملية. يظل الصمام مفتوحًا أثناء هذه الخطوة بحيث يتدفق الخليط بحرية من خلاله.
2. بعد ذلك ، أثناء خطوة الضغط ، يقوم المكبس بضغط الخليط في حد ذاته ، مما يؤدي إلى زيادة الضغط وتوليد الطاقة الكامنة. تُغلق الصمامات بحيث يبقى الخليط داخل الحجرة. يؤدي هذا إلى تسخين محتويات الأسطوانة. تستخدم محركات الديزل ضغطًا لمحتويات الأسطوانة أكثر من محركات البنزين.
3. تتضمن خطوة الاحتراق تدوير العمود المرفقي من خلال الطاقة الميكانيكية من المحرك. مع هذه درجة الحرارة المرتفعة ، يكون هذا التفاعل الكيميائي تلقائيًا ولا يتطلب طاقة خارجية. تعمل شمعة الإشعال أو حرارة خطوة الضغط إما على إشعال الخليط.
4. أخيرًا ، تتضمن خطوة العادم عودة المكبس إلى الأعلى مع فتح صمام العادم بحيث يمكن تكرار العملية. يسمح صمام العادم للمحرك بإزالة الوقود المشتعل الذي استخدمه.

تستخدم محركات البنزين والديزل الاحتراق الداخلي لتوليد الطاقة الكيميائية التي يتم تحويلها إلى طاقة ميكانيكية. يتم تحويل الطاقة الكيميائية للاحتراق لمحركات البنزين أو ضغط الهواء في محركات الديزل إلى طاقة ميكانيكية تحرك مكبس المحرك. تخلق حركة المكبس هذه من خلال ضربات مختلفة قوى تدفع المحرك نفسه.

تستخدم محركات البنزين أو محركات البنزين عملية الاشتعال بالشرارة لإشعال خليط من الهواء والوقود و إنشاء طاقة كيميائية كامنة يتم تحويلها إلى طاقة ميكانيكية أثناء خطوات المحرك عملية.

يبحث المهندسون والباحثون عن طرق موفرة للوقود لتنفيذ هذه الخطوات وردود الفعل على يحافظ على أكبر قدر ممكن من الطاقة مع الحفاظ على فعاليته في أغراض البنزين المحركات. على النقيض من ذلك ، تستخدم محركات الديزل أو الاشتعال بالضغط ("محركات CI") عملية احتراق داخلي تحتوي غرفة الاحتراق على اشتعال الوقود الناتج عن ارتفاع درجات الحرارة عند ضغط الوقود.

هذه الزيادات في درجة الحرارة مصحوبة بانخفاض الحجم وزيادة الضغط وفقًا للقوانين التي توضح كيفية تغير كميات الغاز مثل قانون الغاز المثالي:PV = nRT. لهذا القانون ،صهو الضغط ،الخامسهو الحجم ،نهو عدد مولات الغاز ،رهو ثابت قانون الغاز المثالي وتيهي درجة الحرارة.

على الرغم من أن هذه المعادلات قد تكون صحيحة من الناحية النظرية ، إلا أنه من الناحية العملية يتعين على المهندسين مراعاة قيود العالم الحقيقي مثل المواد المستخدمة في بناء محرك الاحتراق وكيف يكون الوقود أكثر سيولة من الغاز النقي يكون.

يجب أن تأخذ هذه الحسابات في الحسبان كيف يضغط المحرك ، في محركات البنزين ، على خليط الوقود والهواء باستخدام المكابس ، وتقوم شمعات الإشعال بإشعال الخليط. على النقيض من ذلك ، تقوم محركات الديزل بضغط الهواء أولاً قبل حقن الوقود وإشعاله.

تحظى سيارات البنزين بشعبية أكبر في الولايات المتحدة بينما تشكل سيارات الديزل ما يقرب من نصف إجمالي مبيعات السيارات في الدول الأوروبية. توضح الاختلافات بينهما كيف تمنحه الخصائص الكيميائية للبنزين الصفات اللازمة لأغراض المركبات والهندسة.

تعتبر سيارات الديزل أكثر كفاءة مع الأميال على الطريق السريع لأن وقود الديزل يحتوي على طاقة أكثر من وقود البنزين. تتميز محركات السيارات التي تعمل بوقود الديزل أيضًا بعزم دوران أكبر أو قوة دوران أكبر في محركاتها مما يعني أن هذه المحركات يمكن أن تتسارع بشكل أكثر كفاءة. عند القيادة في مناطق أخرى مثل المدن ، تكون ميزة الديزل أقل أهمية.

عادةً ما يكون اشتعال وقود الديزل أكثر صعوبة بسبب تقلبه المنخفض ، وقدرة المادة على التبخر. ومع ذلك ، عندما يتبخر ، يكون من الأسهل اشتعاله لأنه يحتوي على درجة حرارة اشتعال ذاتي أقل. من ناحية أخرى ، يتطلب البنزين شمعة شرارة للاشتعال.

لا يكاد يوجد فرق تكلفة بين البنزين ووقود الديزل في الولايات المتحدة. نظرًا لأن وقود الديزل لديه أميال أفضل ، فإن تكلفته فيما يتعلق بالأميال المقطوعة تكون أفضل. يقيس المهندسون أيضًا خرج الطاقة لمحركات السيارات باستخدام القدرة الحصانية ، وهي مقياس للقوة. في حين أن محركات الديزل قد تتسارع وتدور بسهولة أكبر من محركات البنزين ، إلا أنها تنتج قدرة حصانية أقل.

إلى جانب الكفاءة العالية للوقود ، تتميز محركات الديزل عادةً بتكاليف وقود أقل وخصائص تشحيم أفضل وكثافة أكبر للطاقة أثناء عملية المحرك رباعي الأشواط ، قابلية أقل للاشتعال والقدرة على استخدام وقود الديزل الحيوي غير البترولي الذي يكون أكثر ملاءمة للبيئة ودود.