Πώς να μετρήσετε την πυκνότητα της βενζίνης

Η μέτρηση της πυκνότητας της βενζίνης μπορεί να σας δώσει μια καλύτερη κατανόηση των χρήσεων της βενζίνης για διάφορους σκοπούς σε διαφορετικούς τύπους κινητήρων.

Η πυκνότητα ενός υγρού είναι ο λόγος της μάζας του προς τον όγκο. Διαιρέστε τη μάζα με τον όγκο της για να την υπολογίσετε. Για παράδειγμα, εάν είχατε 1 γραμμάριο βενζίνης που μετρά 1,33 cm³ σε όγκο, η πυκνότητα θα ήταν:

Η πυκνότητα των καυσίμων ντίζελ στις Ηνωμένες Πολιτείες εξαρτάται από τις κατηγορίες 1D, 2D ή 4D. Το καύσιμο 1D είναι καλύτερο για κρύο καιρό επειδή έχει χαμηλότερη αντίσταση στη ροή. Τα 2D καύσιμα είναι καλύτερα για θερμότερες εξωτερικές θερμοκρασίες. Το 4D είναι καλύτερο για κινητήρες χαμηλής ταχύτητας. Η πυκνότητά τους, αντίστοιχα, είναι 875 kg / m³849 kg / m³ και 959 kg / m³. Η ευρωπαϊκή πυκνότητα ντίζελ σε kg / m^{3 .}κυμαίνεται από 820 έως 845.

Η πυκνότητα της βενζίνης μπορεί επίσης να οριστεί χρησιμοποιώντας το ειδικό βάρος της βενζίνης. Το ειδικό βάρος είναι η πυκνότητα ενός αντικειμένου σε σύγκριση με τη μέγιστη πυκνότητα του νερού. Η μέγιστη πυκνότητα νερού είναι 1 g / ml στους 4 ° C περίπου. Αυτό σημαίνει, εάν γνωρίζετε την πυκνότητα σε g / ml, αυτή η τιμή πρέπει να είναι το ειδικό βάρος της βενζίνης.

Ένας τρίτος τρόπος υπολογισμού της πυκνότητας ενός αερίου χρησιμοποιεί τον ιδανικό νόμο αερίου:

στο οποίοΠείναι πίεση,Βείναι όγκος, n είναι ο αριθμός γραμμομορίων,Ρείναι η ιδανική σταθερά αερίου καιΤείναι η θερμοκρασία του αερίου. Η αναδιάταξη αυτής της εξίσωσης σας δίνειnV = P / RT, στην οποία η αριστερή πλευρά είναι ένας λόγος μεταξύνκαιΒ​.

Χρησιμοποιώντας αυτήν την εξίσωση, μπορείτε να υπολογίσετε την αναλογία μεταξύ του αριθμού γραμμομορίων αερίου που είναι διαθέσιμα σε μια ποσότητα αερίου και του όγκου. Ο αριθμός γραμμομορίων μπορεί στη συνέχεια να μετατραπεί σε μάζα χρησιμοποιώντας το ατομικό ή μοριακό βάρος των σωματιδίων αερίου. Επειδή αυτή η μέθοδος προορίζεται για αέρια, η βενζίνη σε υγρή μορφή θα αποκλίνει πολύ από τα αποτελέσματα αυτής της εξίσωσης.

Ζυγίστε έναν βαθμονομημένο κύλινδρο χρησιμοποιώντας μια μετρική κλίμακα. Καταγράψτε αυτήν την ποσότητα σε γραμμάρια. Γεμίστε τον κύλινδρο με 100 ml βενζίνης και ζυγίστε σε γραμμάρια με τη ζυγαριά. Αφαιρέστε τη μάζα του κυλίνδρου από τη μάζα του κυλίνδρου όταν περιέχει βενζίνη. Αυτή είναι η μάζα της βενζίνης. Διαιρέστε αυτόν τον αριθμό με τον όγκο, 100 ml, για να λάβετε την πυκνότητα.

Γνωρίζοντας τις εξισώσεις για την πυκνότητα, το ειδικό βάρος και τον ιδανικό νόμο αερίου, μπορείτε να προσδιορίσετε πώς η πυκνότητα ποικίλλει ανάλογα με τις άλλες μεταβλητές, όπως η θερμοκρασία, η πίεση και ο όγκος. Κάνοντας μια σειρά μετρήσεων αυτών των ποσοτήτων μπορείτε να βρείτε τον τρόπο που η πυκνότητα ποικίλλει ως αποτέλεσμα αυτών ή πώς η πυκνότητα ποικίλλει ως αποτέλεσμα μιας ή δύο από αυτές τις τρεις ποσότητες ενώ διατηρείται η άλλη ποσότητα ή ποσότητες συνεχής. Αυτό είναι συχνά πρακτικό για πρακτικές εφαρμογές στις οποίες δεν γνωρίζετε όλες τις πληροφορίες για κάθε ποσότητα αερίου.

Λάβετε υπόψη ότι εξισώσεις όπως ο ιδανικός νόμος για το φυσικό αέριο μπορεί να λειτουργούν θεωρητικά, αλλά, στην πράξη, στην πράξη δεν λαμβάνουν υπόψη την καταλληλότητα των αερίων. Ο ιδανικός νόμος για το αέριο δεν λαμβάνει υπόψη το μοριακό μέγεθος και τις διαμοριακές έλξεις των σωματιδίων του αερίου.

Επειδή ο ιδανικός νόμος για το αέριο δεν λαμβάνει υπόψη τα μεγέθη των σωματιδίων αερίου, είναι λιγότερο ακριβής σε χαμηλότερες πυκνότητες αερίου. Σε χαμηλότερες πυκνότητες, υπάρχει μεγαλύτερος όγκος και πίεση έτσι ώστε οι αποστάσεις μεταξύ των σωματιδίων αερίου να γίνουν πολύ μεγαλύτερες από το μέγεθος των σωματιδίων. Αυτό καθιστά το μέγεθος των σωματιδίων μικρότερη απόκλιση από τους θεωρητικούς υπολογισμούς.

Οι διαμοριακές δυνάμεις μεταξύ των σωματιδίων αερίου περιγράφουν τις δυνάμεις που προκαλούνται από τις διαφορές στο φορτίο και τη δομή μεταξύ των δυνάμεων. Αυτές οι δυνάμεις περιλαμβάνουν δυνάμεις διασποράς, δυνάμεις μεταξύ των διπόλων ή φορτία ατόμων μεταξύ των σωματιδίων αερίου. Αυτά προκαλούνται από τα φορτία ηλεκτρονίων των ατόμων ανάλογα με το πώς τα σωματίδια αλληλεπιδρούν με το περιβάλλον τους μεταξύ μη φορτισμένων σωματιδίων όπως ευγενή αέρια.

Οι δυνάμεις διπόλου-διπόλου, από την άλλη πλευρά, είναι τα μόνιμα φορτία στα άτομα και τα μόρια που χρησιμοποιούνται μεταξύ πολικών μορίων όπως η φορμαλδεΰδη. Τέλος, οι δεσμοί υδρογόνου περιγράφουν μια πολύ συγκεκριμένη περίπτωση δυνάμεων διπόλων-διπόλων στην οποία τα μόρια έχουν υδρογόνο συνδεδεμένο με οξυγόνο, άζωτο, ή φθόριο που, λόγω της διαφοράς πολικότητας μεταξύ των ατόμων, είναι οι ισχυρότερες από αυτές τις δυνάμεις και δημιουργούν ιδιότητες νερό.

Χρησιμοποιήστε ένα υδρόμετρο ως μέθοδο πειραματικής μέτρησης της πυκνότητας. Ένα υδρόμετρο είναι μια συσκευή που χρησιμοποιεί την αρχή του Αρχιμήδη για τη μέτρηση συγκεκριμένου βάρους. Αυτή η αρχή υποστηρίζει ότι ένα αντικείμενο που επιπλέει σε ένα υγρό θα αντικαταστήσει μια ποσότητα νερού ίση με το βάρος του αντικειμένου. Μια μετρούμενη κλίμακα στην πλευρά του υδρόμετρου θα παρέχει το ειδικό βάρος του υγρού.

Γεμίστε ένα διαυγές δοχείο με βενζίνη και τοποθετήστε προσεκτικά το υδρόμετρο στην επιφάνεια της βενζίνης. Περιστρέψτε το υδρόμετρο για να αποσπάσετε όλες τις φυσαλίδες αέρα και αφήστε τη θέση του υδρόμετρου στην επιφάνεια της βενζίνης να σταθεροποιηθεί. Είναι απαραίτητο να αφαιρεθούν οι φυσαλίδες αέρα επειδή θα αυξήσουν την πλευστότητα του υδρομέτρου.

Δείτε το υδρόμετρο έτσι ώστε η επιφάνεια της βενζίνης να βρίσκεται στο επίπεδο των ματιών. Καταγράψτε την τιμή που σχετίζεται με τη σήμανση στο επίπεδο της βενζίνης. Θα πρέπει να καταγράψετε τη θερμοκρασία της βενζίνης, καθώς το ειδικό βάρος ενός υγρού ποικίλλει ανάλογα με τη θερμοκρασία. Αναλύστε τη συγκεκριμένη ένδειξη βαρύτητας.

Η βενζίνη έχει ειδικό βάρος μεταξύ 0,71 και 0,77, ανάλογα με την ακριβή σύνθεσή της. Οι αρωματικές ενώσεις είναι λιγότερο πυκνές από τις αλειφατικές ενώσεις, έτσι το ειδικό βάρος της βενζίνης μπορεί να υποδεικνύει τη σχετική αναλογία αυτών των ενώσεων στη βενζίνη.

Ποια είναι η διαφορά μεταξύ ντίζελ και βενζίνης; Οι βενζίνη γενικά κατασκευάζονται από υδρογονάνθρακες, οι οποίοι είναι αλυσίδες άνθρακα αλυσοδεμένες μαζί με ιόντα υδρογόνου, που κυμαίνονται σε μήκος από τέσσερα έως 12 άτομα άνθρακα ανά μόριο.

Το καύσιμο που χρησιμοποιείται σε βενζινοκινητήρες περιέχει επίσης ποσότητες αλκανίων (κορεσμένοι υδρογονάνθρακες, που σημαίνει ότι έχουν τη μέγιστη ποσότητα υδρογόνου άτομα), κυκλοαλκάνια (μόρια υδρογονάνθρακα διατεταγμένα σε κυκλικούς σχηματισμούς δακτυλίου) και αλκένια (ακόρεστοι υδρογονάνθρακες που έχουν διπλά δεσμούς).

Το καύσιμο ντίζελ χρησιμοποιεί αλυσίδες υδρογονανθράκων που έχουν μεγαλύτερο αριθμό ατόμων άνθρακα, με τον μέσο όρο να είναι 12 άτομα άνθρακα ανά μόριο. Αυτά τα μεγαλύτερα μόρια αυξάνουν τη θερμοκρασία εξάτμισης και πώς απαιτεί περισσότερη ενέργεια από τη συμπίεση πριν την ανάφλεξη.

Το ντίζελ από πετρέλαιο έχει επίσης κυκλοαλκάνια καθώς και παραλλαγές δακτυλίων βενζολίου που έχουν αλκυλομάδες. Οι δακτύλιοι βενζολίου είναι δομές τύπου εξάγων έξι ατόμων άνθρακα η καθεμία, και οι αλκυλομάδες είναι εκτεταμένες αλυσίδες άνθρακα-υδρογόνου που διαχωρίζονται από μόρια όπως δακτυλίους βενζολίου.

Το καύσιμο ντίζελ χρησιμοποιεί μια ανάφλεξη του καυσίμου για να μετακινήσει έναν κυλινδρικό θάλαμο σχήματος που εκτελεί τη συμπίεση που παράγει ενέργεια στα αυτοκίνητα. Ο κύλινδρος συμπιέζει και επεκτείνεται στα βήματα της τετράχρονης διαδικασίας του κινητήρα. Οι κινητήρες ντίζελ και βενζίνης λειτουργούν και οι δύο χρησιμοποιώντας μια τετράχρονη διαδικασία κινητήρα που περιλαμβάνει πρόσληψη, συμπίεση, καύση και εξάτμιση.

1. Κατά τη διάρκεια του σταδίου εισαγωγής, το έμβολο κινείται από την κορυφή του θαλάμου συμπίεσης στο κάτω μέρος έτσι ώστε να είναι τραβά ένα μείγμα αέρα και καυσίμου στον κύλινδρο χρησιμοποιώντας τη διαφορά πίεσης που δημιουργείται μέσω αυτού επεξεργάζομαι, διαδικασία. Η βαλβίδα παραμένει ανοιχτή κατά τη διάρκεια αυτού του σταδίου έτσι ώστε το μείγμα να ρέει ελεύθερα.
2. Στη συνέχεια, κατά τη διάρκεια του σταδίου συμπίεσης, το έμβολο πιέζει το μείγμα από μόνο του, αυξάνοντας την πίεση και παράγοντας πιθανή ενέργεια. Οι βαλβίδες κλείνουν έτσι ώστε το μείγμα να παραμένει εντός του θαλάμου. Αυτό προκαλεί τη θέρμανση του περιεχομένου του κυλίνδρου. Οι κινητήρες ντίζελ χρησιμοποιούν περισσότερη συμπίεση του περιεχομένου του κυλίνδρου από ό, τι οι βενζινοκινητήρες.
3. Το βήμα καύσης περιλαμβάνει περιστροφή του στροφαλοφόρου άξονα μέσω της μηχανικής ενέργειας από τον κινητήρα. Με τόσο υψηλή θερμοκρασία, αυτή η χημική αντίδραση είναι αυθόρμητη και δεν απαιτεί εξωτερική ενέργεια. Ένα μπουζί ή η θερμότητα του σταδίου συμπίεσης ανάβουν το μείγμα.
4. Τέλος, το βήμα εξάτμισης περιλαμβάνει το έμβολο να κινείται πίσω στην κορυφή με τη βαλβίδα εξαγωγής ανοιχτή έτσι ώστε η διαδικασία να μπορεί να επαναληφθεί. Η βαλβίδα εξαγωγής επιτρέπει στον κινητήρα να αφαιρέσει το αναφλεγόμενο καύσιμο που έχει χρησιμοποιήσει.

Οι κινητήρες βενζίνης και ντίζελ χρησιμοποιούν εσωτερική καύση για την παραγωγή χημικής ενέργειας που μετατρέπεται σε μηχανική ενέργεια. Η χημική ενέργεια καύσης για βενζινοκινητήρες ή συμπίεση αέρα σε κινητήρες ντίζελ μετατρέπεται σε μηχανική ενέργεια που κινεί το έμβολο του κινητήρα. Αυτή η κίνηση του εμβόλου μέσω διαφορετικών κινήσεων δημιουργεί δυνάμεις που τροφοδοτούν τον ίδιο τον κινητήρα.

Οι βενζινοκινητήρες ή οι βενζινοκινητήρες χρησιμοποιούν μια διαδικασία ανάφλεξης με σπινθήρα για την ανάφλεξη ενός μείγματος αέρα και καυσίμου και Δημιουργία χημικής δυναμικής ενέργειας που μετατρέπεται σε μηχανική ενέργεια κατά τη διάρκεια των βημάτων του κινητήρα επεξεργάζομαι, διαδικασία.

Οι μηχανικοί και οι ερευνητές αναζητούν μεθόδους εξοικονόμησης καυσίμου για την εκτέλεση αυτών των βημάτων και αντιδράσεων εξοικονομήστε όσο το δυνατόν περισσότερη ενέργεια, ενώ παραμένετε αποτελεσματικοί για τους σκοπούς της βενζίνης κινητήρες. Οι κινητήρες ντίζελ ή η ανάφλεξη με συμπίεση ("κινητήρες CI"), αντίθετα, χρησιμοποιούν εσωτερική καύση στην οποία ο θάλαμος καύσης στεγάζει την ανάφλεξη καυσίμου που προκαλείται από υψηλές θερμοκρασίες όταν συμπιέζεται το καύσιμο.

Αυτές οι αυξήσεις της θερμοκρασίας συνοδεύονται από μειωμένο όγκο και αυξημένη πίεση σύμφωνα με τους νόμους που καταδεικνύουν πώς αλλάζουν οι ποσότητες αερίου, όπως ο ιδανικός νόμος για το αέριο:PV = nRT. Για αυτόν τον νόμο,Πείναι πίεση,Βείναι όγκος,νείναι ο αριθμός γραμμομορίων του αερίου,Ρείναι η ιδανική σταθερά νόμου περί φυσικού αερίου καιΤείναι θερμοκρασία.

Αν και αυτές οι εξισώσεις μπορεί να ισχύουν θεωρητικά, στην πράξη οι μηχανικοί πρέπει να λάβουν υπόψη τους πραγματικούς περιορισμούς όπως το υλικό που χρησιμοποιείται για την κατασκευή του κινητήρα καύσης και πώς το καύσιμο είναι πολύ πιο υγρό από ό, τι ένα καθαρό αέριο είναι.

Αυτοί οι υπολογισμοί πρέπει να εξηγούν πώς, σε βενζινοκινητήρες, ο κινητήρας συμπιέζει το μείγμα καυσίμου-αέρα χρησιμοποιώντας έμβολα και τα μπουζί αναφλέγουν το μείγμα. Οι κινητήρες ντίζελ, αντίθετα, συμπιέζουν πρώτα τον αέρα πριν από την έγχυση και την ανάφλεξη του καυσίμου.

Τα βενζινοκίνητα αυτοκίνητα είναι πιο δημοφιλή στις Ηνωμένες Πολιτείες, ενώ τα αυτοκίνητα ντίζελ αντιπροσωπεύουν σχεδόν το ήμισυ του συνόλου των πωλήσεων αυτοκινήτων σε ευρωπαϊκές χώρες. Οι διαφορές μεταξύ τους δείχνουν πώς οι χημικές ιδιότητες της βενζίνης της δίνουν τις απαραίτητες ιδιότητες για σκοπούς οχήματος και μηχανικής.

Τα αυτοκίνητα ντίζελ είναι πιο αποδοτικά με χιλιόμετρα στον αυτοκινητόδρομο, επειδή το πετρέλαιο ντίζελ έχει περισσότερη ενέργεια από το καύσιμο βενζίνης. Οι κινητήρες αυτοκινήτων με καύσιμα ντίζελ έχουν επίσης περισσότερη ροπή, ή περιστροφική δύναμη, στους κινητήρες τους, πράγμα που σημαίνει ότι αυτοί οι κινητήρες μπορούν να επιταχυνθούν πιο αποτελεσματικά. Όταν οδηγείτε σε άλλες περιοχές, όπως πόλεις, το πλεονέκτημα ντίζελ είναι λιγότερο σημαντικό.

Το καύσιμο ντίζελ είναι επίσης συνήθως πιο δύσκολο να αναφλεγεί λόγω της χαμηλότερης πτητικότητάς του, της ικανότητας μιας ουσίας να εξατμιστεί. Ωστόσο, όταν εξατμίζεται, είναι ευκολότερο να αναφλεγεί επειδή έχει χαμηλότερη θερμοκρασία αυτόματου ανάφλεξης. Η βενζίνη, από την άλλη πλευρά, απαιτεί ένα μπουζί για την ανάφλεξη.

Δεν υπάρχει σχεδόν καμία διαφορά κόστους μεταξύ των καυσίμων βενζίνης και ντίζελ στις Ηνωμένες Πολιτείες. Επειδή τα καύσιμα ντίζελ έχουν καλύτερη απόσταση σε μίλια, το κόστος τους σε σχέση με τα μίλια είναι καλύτερα. Οι μηχανικοί μετρούν επίσης την ισχύ ισχύος των κινητήρων αυτοκινήτων χρησιμοποιώντας ιπποδύναμη, ένα μέτρο ισχύος. Ενώ οι πετρελαιοκινητήρες μπορούν να επιταχυνθούν και να περιστραφούν πιο εύκολα από ό, τι οι βενζινοκινητήρες, έχουν χαμηλότερη ισχύ ιπποδύναμης.

Μαζί με την υψηλή απόδοση καυσίμου, οι κινητήρες ντίζελ έχουν συνήθως χαμηλότερο κόστος καυσίμου, καλύτερες ιδιότητες λίπανσης, μεγαλύτερη πυκνότητα ενέργειας κατά τη διάρκεια της τετράχρονης διαδικασίας του κινητήρα, λιγότερη ευφλεκτότητα και ικανότητα χρήσης καυσίμου χωρίς πετρέλαιο βιοντίζελ που είναι πιο περιβαλλοντικά φιλικός.