ऊर्जा घनत्व की गणना कैसे करें

क्या गैसोलीन और अन्य ईंधनों को इतना शक्तिशाली बनाता है? ईंधन जैसे रासायनिक मिश्रणों की क्षमता जो कि पावर कार उन प्रतिक्रियाओं से आती हैं जो इन सामग्रियों का कारण बन सकती हैं।

आप इस ऊर्जा घनत्व को सीधे सूत्रों और समीकरणों का उपयोग करके माप सकते हैं जो इन रासायनिक और भौतिक गुणों को नियंत्रित करते हैं जब ईंधन का उपयोग किया जाता है। ऊर्जा घनत्व समीकरण ईंधन के संबंध में इस शक्तिशाली ऊर्जा को मापने का एक तरीका देता है।

के लिए सूत्रऊर्जा घनत्वहै

ऊर्जा घनत्व के लिएइ_घ, ऊर्जाइऔर मात्रावी. आप को भी माप सकते हैंविशिष्ट ऊर्जा​ ​इ_रोंजैसाई / एममात्रा के बजाय द्रव्यमान के लिए। ऊर्जा घनत्व की तुलना में कारों को बिजली देने के दौरान ईंधन का उपयोग करने वाली ऊर्जा के साथ विशिष्ट ऊर्जा अधिक निकटता से संबंधित होती है। संदर्भ तालिकाओं से पता चलता है कि कोयले, मेथनॉल और लकड़ी की तुलना में गैसोलीन, मिट्टी के तेल और डीजल ईंधन में बहुत अधिक ऊर्जा घनत्व होता है।

भले ही, रसायनज्ञ, भौतिक विज्ञानी और इंजीनियर भौतिक गुणों के लिए ऑटोमोबाइल और परीक्षण सामग्री को डिजाइन करते समय ऊर्जा घनत्व और विशिष्ट ऊर्जा दोनों का उपयोग करते हैं। आप यह निर्धारित कर सकते हैं कि इस घनी पैक वाली ऊर्जा के दहन के आधार पर एक ईंधन कितनी ऊर्जा देगा। यह ऊर्जा सामग्री के माध्यम से मापा जाता है।

प्रति इकाई द्रव्यमान या आयतन में ऊर्जा की मात्रा जो ईंधन के दहन के समय निकलती है, वह ईंधन की ऊर्जा सामग्री है। जबकि अधिक सघन रूप से पैक किए गए ईंधन में मात्रा के संदर्भ में ऊर्जा सामग्री के उच्च मूल्य होते हैं, कम घनत्व वाले ईंधन आम तौर पर प्रति यूनिट द्रव्यमान में अधिक ऊर्जा सामग्री का उत्पादन करते हैं।

एक विशिष्ट तापमान और दबाव में गैस के दिए गए आयतन के लिए ऊर्जा सामग्री को मापा जाना है। संयुक्त राज्य अमेरिका में, इंजीनियर और वैज्ञानिक अंतरराष्ट्रीय ब्रिटिश थर्मल यूनिट (BtuIT) में ऊर्जा सामग्री की रिपोर्ट करते हैं, जबकि कनाडा और मैक्सिको में, ऊर्जा सामग्री जूल (J) में रिपोर्ट की जाती है।

आप भी उपयोग कर सकते हैंकैलोरीऊर्जा सामग्री की रिपोर्ट करने के लिए। विज्ञान और इंजीनियरिंग में ऊर्जा सामग्री की गणना के अधिक मानक तरीकों में उत्पन्न गर्मी की मात्रा का उपयोग किया जाता है जब आप उस सामग्री के एक ग्राम को जूल प्रति ग्राम (जे/जी) में जलाते हैं।

जूल प्रति ग्राम की इस इकाई का उपयोग करके, आप गणना कर सकते हैं कि किसी विशिष्ट पदार्थ के तापमान को बढ़ाकर कितनी गर्मी दी जाती है जब आप विशिष्ट ताप क्षमता को जानते हैंसी_पीउस सामग्री का।सी_पीपानी की मात्रा 4.18 J/g°C है। आप गर्मी के लिए समीकरण का उपयोग करते हैंएचजैसा

जिसमेंΔTतापमान में परिवर्तन है, और मीटर ग्राम में पदार्थ का द्रव्यमान है।

यदि आप प्रयोगात्मक रूप से किसी रासायनिक सामग्री के प्रारंभिक और अंतिम तापमान को मापते हैं, तो आप प्रतिक्रिया द्वारा दी गई गर्मी को निर्धारित कर सकते हैं। यदि आप एक कंटेनर के रूप में ईंधन के एक फ्लास्क को गर्म करते हैं और सीधे कंटेनर के बाहर के स्थान में तापमान में परिवर्तन को रिकॉर्ड करते हैं, तो आप इस समीकरण का उपयोग करके दी गई गर्मी को माप सकते हैं।

तापमान मापते समय, तापमान जांच समय के साथ तापमान को लगातार माप सकती है। यह आपको तापमान की एक विस्तृत श्रृंखला देगा जिसके लिए आप ऊष्मा समीकरण का उपयोग कर सकते हैं। आपको ग्राफ़ में उन स्थानों को भी देखना चाहिए जो a. दिखाते हैंरैखिक संबंधसमय के साथ तापमान के बीच, क्योंकि इससे पता चलता है कि तापमान स्थिर दर पर दिया जा रहा है। यह संभावना तापमान और गर्मी के बीच रैखिक संबंध को इंगित करता है जो गर्मी समीकरण का उपयोग करता है।

फिर, यदि आप मापते हैं कि ईंधन का द्रव्यमान कितना बदल गया है, तो आप यह निर्धारित कर सकते हैं कि ईंधन के लिए उस द्रव्यमान में ऊर्जा कैसे संग्रहीत की गई थी। वैकल्पिक रूप से, आप माप सकते हैं कि उपयुक्त ऊर्जा घनत्व इकाइयों के लिए यह कितना मात्रा अंतर है।

इस विधि, के रूप में जाना जाता हैबम कैलोरीमीटरविधि, आपको इस घनत्व की गणना के लिए ऊर्जा घनत्व सूत्र का उपयोग करने की एक प्रयोगात्मक विधि प्रदान करती है। अधिक परिष्कृत तरीके कंटेनर की दीवारों में खोई हुई गर्मी या कंटेनर की सामग्री के माध्यम से गर्मी के प्रवाहकत्त्व को ध्यान में रख सकते हैं।

आप ऊर्जा सामग्री को उच्च ताप मान की भिन्नता के रूप में भी व्यक्त कर सकते हैं (ज एचवी). यह कमरे के तापमान (25 डिग्री सेल्सियस) पर दहन के बाद ईंधन के द्रव्यमान या मात्रा द्वारा जारी गर्मी की मात्रा है, और उत्पाद कमरे के तापमान पर वापस आ गए हैं। यह विधि अव्यक्त ऊष्मा के लिए जिम्मेदार है, एक सामग्री के ठंडा होने के दौरान जमने और ठोस-अवस्था के चरण परिवर्तन होने पर उत्पन्न होने वाली थैलेपी गर्मी।

इस विधि के माध्यम से, बेस वॉल्यूम स्थितियों में उच्च ताप मान द्वारा ऊर्जा सामग्री दी जाती है (ज एचवी_ख). मानक या आधार स्थितियों पर, ऊर्जा प्रवाह दरक्यू_{मॉडिफ़ाइड अमेरिकन प्लान}वॉल्यूमेट्रिक प्रवाह दर के उत्पाद के बराबर हैक्यू_वीबीऔर समीकरण में आधार मात्रा की स्थिति में उच्च ताप मान value

प्रायोगिक विधियों के माध्यम से वैज्ञानिकों और इंजीनियरों ने इसका अध्ययन किया हैज एचवी_खविभिन्न ईंधनों के लिए यह निर्धारित करने के लिए कि इसे ईंधन दक्षता से संबंधित अन्य चर के कार्य के रूप में कैसे निर्धारित किया जा सकता है। मानक स्थितियों को 10 डिग्री सेल्सियस (273.15 के या 32 ओएफ) और 105 पास्कल (1 बार) के रूप में परिभाषित किया गया है।

इन अनुभवजन्य परिणामों से पता चला है किज एचवी_खआधार स्थितियों के साथ-साथ ईंधन या गैस की संरचना पर दबाव और तापमान पर निर्भर करता है। इसके विपरीत, कम ताप मानएलएचवीएक ही माप है, लेकिन उस बिंदु पर जब अंतिम दहन उत्पादों में पानी वाष्प या भाप के रूप में रहता है।

अन्य शोधों से पता चला है कि आप गणना कर सकते हैंज एचवीईंधन की संरचना से ही। यह आपको देना चाहिए

प्रत्येक के साथएक्सकार्बन (सी), हाइड्रोजन (एच), सल्फर (एस), नाइट्रोजन (एन), ऑक्सीजन (ओ) और शेष राख सामग्री के लिए भिन्नात्मक द्रव्यमान के रूप में। नाइट्रोजन और ऑक्सीजन का शरीर पर प्रतिकूल प्रभाव पड़ता हैज एचवीक्योंकि वे अन्य तत्वों और अणुओं की तरह ऊष्मा मुक्त करने में योगदान नहीं करते हैं।

बायोडीजल ईंधन अन्य, अधिक हानिकारक ईंधन के विकल्प के रूप में ईंधन के उत्पादन का पर्यावरण के अनुकूल तरीका प्रदान करता है। वे प्राकृतिक तेलों, सोयाबीन के अर्क और शैवाल से बनाए जाते हैं। इस नवीकरणीय ईंधन स्रोत के परिणामस्वरूप पर्यावरण को कम प्रदूषण होता है, और वे आमतौर पर पेट्रोलियम ईंधन (गैसोलीन और डीजल ईंधन) के साथ मिश्रित होते हैं। यह उन्हें यह अध्ययन करने के लिए आदर्श उम्मीदवार बनाता है कि ऊर्जा घनत्व और ऊर्जा सामग्री जैसी मात्राओं का उपयोग करके ईंधन कितनी ऊर्जा का उपयोग करता है।

दुर्भाग्य से ऊर्जा सामग्री के दृष्टिकोण से, बायोडीजल ईंधन में बड़ी मात्रा में ऑक्सीजन होती है, इसलिए वे अपने द्रव्यमान (एमजे/किलोग्राम की इकाइयों में) के संबंध में कम ऊर्जा मूल्यों का उत्पादन करते हैं। बायोडीजल ईंधन में द्रव्यमान ऊर्जा की मात्रा लगभग 10 प्रतिशत कम होती है। उदाहरण के लिए, B100 में 119,550 बीटीयू/गैल की ऊर्जा सामग्री है।

एक ईंधन कितनी ऊर्जा का उपयोग करता है, इसे मापने का एक अन्य तरीका ऊर्जा संतुलन है, जो कि बायोडीजल के लिए 4.56 है। इसका मतलब है कि बायोडीजल ईंधन उनके द्वारा उपयोग की जाने वाली जीवाश्म ऊर्जा की प्रत्येक इकाई के लिए 4.56 यूनिट ऊर्जा का उत्पादन करता है। अन्य ईंधन अधिक ऊर्जा पैक करते हैं, जैसे बी 20, बायोमास ईंधन के साथ डीजल का मिश्रण। इस ईंधन में एक गैलन डीजल की ऊर्जा का लगभग 99 प्रतिशत या एक गैलन गैसोलीन की ऊर्जा का 109 प्रतिशत होता है।

सामान्य रूप से बायोमास द्वारा दी गई ऊष्मा की दक्षता निर्धारित करने के लिए वैकल्पिक तरीके मौजूद हैं। बायोमास का अध्ययन करने वाले वैज्ञानिक और इंजीनियर दहन से निकलने वाली गर्मी को मापने के लिए बम कैलोरीमीटर विधि का उपयोग करते हैं जो कंटेनर के आसपास हवा या पानी में स्थानांतरित हो जाती है। इससे आप यह निर्धारित कर सकते हैं किज एचवीबायोमास के लिए।