Hogyan mérjük meg a benzin sűrűségét

A benzin sűrűségének mérésével jobban megértheti a benzin különféle célokra, különböző típusú motorokban történő felhasználását.

A folyadék sűrűsége a tömeg és a térfogat aránya. A kiszámításához ossza el a tömeget térfogatával. Például, ha 1 gramm benzinje van, amelynek mérete 1,33 cm³ térfogatban a sűrűség a következő lenne:

A dízel üzemanyag sűrűsége az Egyesült Államokban annak 1D, 2D vagy 4D osztályától függ. Az 1D üzemanyag jobb hideg időjárás esetén, mert alacsonyabb az ellenállása az áramlásnak. A 2D-üzemanyagok jobbak a melegebb külső hőmérsékletekhez. A 4D jobb alacsony fordulatszámú motoroknál. Sűrűségük 875 kg / m³, 849 kg / m³ és 959 kg / m³. A dízelolaj európai sűrűsége kg / m-ben^{3 .}820 és 845 között mozog.

A benzin sűrűségét a benzin fajsúlya alapján is meghatározhatjuk. A fajsúly ​​a tárgy sűrűsége a víz maximális sűrűségéhez képest. A víz maximális sűrűsége 1 g / ml 4 ° C körüli hőmérsékleten. Ez azt jelenti, hogy ha tudja a sűrűséget g / ml-ben, akkor ennek az értéknek a benzin fajsúlyának kell lennie.

A gáz sűrűségének kiszámításának harmadik módja az ideális gáztörvényt használja:

amibenPa nyomás,Vtérfogat, n az anyajegyek száma,Raz ideális gázállandó ésTa gáz hőmérséklete. Ennek az egyenletnek az átrendezése megadjanV = P / RT, amelyben a bal oldal egy aránynésV​.

Ennek az egyenletnek a használatával kiszámíthatja az adott gázmennyiségben elérhető gázmólok száma és a térfogat arányát. A molok száma ekkor tömeggé alakítható a gázrészecskék atomi vagy molekulatömegének felhasználásával. Mivel ez a módszer gázokra vonatkozik, a folyékony benzin nagyban eltér az egyenlet eredményeitől.

Mérjünk be egy beosztott hengert metrikus skála segítségével. Jegyezzük fel ezt a mennyiséget grammban. Töltse fel a palackot 100 ml benzinnel, és grammban mérje meg a mérleggel. Ha benzint tartalmaz, vonja le a henger tömegét a henger tömegéből. Ez a benzin tömege. Osszuk el ezt az értéket 100 ml térfogattal, hogy megkapjuk a sűrűséget.

A sűrűség, a fajsúly ​​és az ideális gáztörvény egyenleteinek ismeretében meghatározhatja, hogy a sűrűség hogyan változik más változók, például hőmérséklet, nyomás és térfogat függvényében. Ezen mennyiségek méréssorozatának elkészítésével megtudhatja, hogy a sűrűség hogyan változik ezek hatására vagy hogyan a sűrűség e három mennyiség egyike vagy kettője miatt változik, míg a másik mennyiség vagy mennyiségek tartva vannak állandó. Ez gyakran hasznos olyan gyakorlati alkalmazásoknál, ahol nem ismer minden információt minden egyes gázmennyiségről.

Ne feledje, hogy az olyan egyenletek, mint az ideális gáztörvény, elméletileg működhetnek, de a gyakorlatban nem számolnak a gyakorlatban a gázok tulajdonságával. Az ideális gáztörvény nem veszi figyelembe a gázrészecskék molekulaméretét és intermolekuláris vonzereit.

Mivel az ideális gáztörvény nem veszi figyelembe a gázrészecskék méretét, kisebb sűrűségű gázoknál kevésbé pontos. Kisebb sűrűségnél nagyobb a térfogat és a nyomás, így a gázrészecskék közötti távolság sokkal nagyobb lesz, mint a részecskeméret. Ezáltal a részecskeméret kevésbé tér el az elméleti számításoktól.

A gázrészecskék közötti molekulák közötti erők leírják azokat az erőket, amelyeket az erők közötti töltés és szerkezet különbségei okoznak. Ezek az erők magukban foglalják a diszperziós erőket, a dipólusok közötti erőket vagy az atomok töltéseit a gázrészecskék között. Ezeket az atomok elektron töltése okozza, attól függően, hogy a részecskék milyen kölcsönhatásba lépnek a környezetükkel a nem töltött részecskék, például a nemesgázok között.

A dipól-dipólus erők viszont állandó atomok és molekulák, amelyeket a poláris molekulák, például a formaldehid között használnak. Végül a hidrogénkötések a dipól-dipól erők nagyon specifikus esetét írják le, amelyben a molekulák hidrogénnel kötődnek oxigénhez, nitrogénhez, vagy fluor, amely az atomok közötti polaritásbeli különbség miatt ezek közül az erők közül a legerősebb, és víz.

Használjon hidrométert a sűrűség kísérleti mérésének módszereként. A hidrométer olyan eszköz, amely Archimedes elvét használja a fajsúly ​​mérésére. Ez az elv azt állítja, hogy egy folyadékban lebegő tárgy kiszorítja a víz tömegét, amely megegyezik a tárgy súlyával. A hidrométer oldalán mért skála adja meg a folyadék fajsúlyát.

Töltsön meg egy tiszta edényt benzinnel, és óvatosan helyezze a hidrométert a benzin felületére. Forgassa el a hidrométert az összes légbuborék kiszorításához, és hagyja stabilizálni a hidrométer helyzetét a benzin felületén. Elengedhetetlen a légbuborékok eltávolítása, mivel ezek növelik a hidrométer felhajtó képességét.

Tekintse meg a hidrométert úgy, hogy a benzin felülete szemmagasságban legyen. Jegyezze fel a jelöléshez tartozó értéket a benzin felszíni szintjén. Fel kell jegyeznie a benzin hőmérsékletét, mivel a folyadék fajsúlya a hőmérséklettől függ. Elemezze a fajsúlyt.

A benzin fajsúlya 0,71 és 0,77 között van, annak pontos összetételétől függően. Az aromás vegyületek kevésbé sűrűek, mint az alifás vegyületek, így a benzin fajsúlya jelezheti ezen vegyületek relatív arányát a benzinben.

Mi a különbség a dízel és a benzin között? A benzineket általában szénhidrogénekből készítik, amelyek szénatomok hidrogénionokkal láncolva vannak, amelyek hossza molekulánként négy és 12 szénatom között van.

A benzinmotorokban használt üzemanyag alkánokat is tartalmaz (telített szénhidrogének, vagyis ezek tartalmazzák a maximális hidrogénmennyiséget) atomok), cikloalkánok (szénhidrogén molekulák kör alakú gyűrűszerű képződményekbe rendeződve) és alkének (telítetlen szénhidrogének, amelyek kettős kötvények).

A dízelüzemanyag olyan szénhidrogénláncokat használ, amelyek nagyobb szénatomszámmal rendelkeznek, az átlagos molekula 12 szénatom. Ezek a nagyobb molekulák megnövelik a párolgási hőmérsékletét és azt, hogy a meggyújtáshoz mennyi energiát igényel a kompresszióval.

A kőolajból előállított dízelnek cikloalkánjai, valamint alkilcsoportot tartalmazó benzolgyűrűinek variációi is vannak. A benzolgyűrűk hatszögszerű szerkezetek, amelyek mindegyike hat szénatomot tartalmaz, az alkilcsoportok pedig kiterjesztett szén-hidrogén láncok, amelyek elágaznak olyan molekuláktól, mint a benzolgyűrűk.

A dízel üzemanyag az üzemanyag gyújtásával egy hengeres alakú kamrát mozgat, amely az autóban energiát termelő kompressziót hajtja végre. A henger összenyomódik és kitágul a négyütemű motorfolyamat lépésein keresztül. A dízel- és a benzinmotorok mind a négyütemű motorfolyamat segítségével működnek, amely magában foglalja a szívást, a kompressziót, az égést és a kipufogást.

1. A szívó lépés során a dugattyú a nyomókamra tetejétől az aljáig úgy mozog, hogy az elmozduljon levegő és üzemanyag keverékét húzza be a hengerbe az ezen keresztül keletkező nyomáskülönbség felhasználásával folyamat. A szelep nyitva marad ebben a lépésben, így a keverék szabadon áramlik.
2. Ezután a préselési lépés során a dugattyú önmagában nyomja a keveréket, növelve a nyomást és potenciális energiát generálva. A szelepeket úgy zárják le, hogy a keverék a kamrában maradjon. Ez a henger tartalmának felmelegedését okozza. A dízelmotorok nagyobb tömörítést alkalmaznak a hengertartalommal, mint a benzinmotorok.
3. Az égési lépés magában foglalja a főtengely forgatását a motor mechanikai energiáján keresztül. Ilyen magas hőmérsékleten ez a kémiai reakció spontán és nem igényel külső energiát. Egy gyújtógyertya vagy a kompressziós lépés hője vagy meggyújtja a keveréket.
4. Végül a kipufogó lépésnél a dugattyú nyitott kipufogószeleppel visszahúzódik a tetejére, így a folyamat megismétlődhet. A kipufogószelep lehetővé teszi, hogy a motor eltávolítsa a használt gyújtott üzemanyagot.

A benzin- és dízelmotorok belső égésű mechanikai energiává alakított vegyi energiát állítanak elő. A benzinmotorok égési kémiai energiája vagy a dízelmotorok légtömörítése mechanikai energiává alakul, amely mozgatja a motor dugattyúját. A dugattyúnak ez a mozdulata különböző ütemeken keresztül olyan erőket hoz létre, amelyek meghajtják magát a motort.

A benzinmotorok vagy a benzinmotorok szikragyújtási eljárást alkalmaznak a levegő és az üzemanyag keverékének és kémiai potenciális energiát hoz létre, amely mechanikus energiává alakul át a motor lépései alatt folyamat.

A mérnökök és kutatók üzemanyag-takarékos módszereket keresnek ezeknek a lépéseknek és az ezekre adott reakcióknak a végrehajtására a lehető legtöbb energiát megőrizze, miközben hatékony marad a benzin céljára motorok. A dízelmotorok vagy a kompressziós gyújtású ("CI" motorok) ezzel szemben olyan belső égést használnak, amelyben: az égéstérben található az üzemanyag gyújtása, amelyet az üzemanyag összenyomásakor magas hőmérséklet okoz.

Ezeket a hőmérséklet-emelkedéseket csökkentett térfogat és megnövekedett nyomás kíséri a gázmennyiség változását bemutató törvényekkel összhangban, például az ideális gáztörvény:PV = nRT. Ehhez a törvényhezPa nyomás,Vkötet,na gáz móljainak száma,Raz ideális gáztörvény állandó ésTa hőmérséklet.

Bár ezek az egyenletek elméletileg igazak lehetnek, a gyakorlatban a mérnököknek figyelembe kell venniük a valós korlátokat mint például a belső égésű motor felépítéséhez használt anyag, és hogy az üzemanyag sokkal folyékonyabb, mint a tiszta gáz lenni.

Ezeknek a számításoknak figyelembe kell venniük, hogy benzinmotorokban a motor dugattyúkkal hogyan nyomja össze az üzemanyag-levegő keveréket, és a gyújtógyertyák meggyújtják a keveréket. A dízelmotorok ezzel szemben az üzemanyag befecskendezése és meggyújtása előtt sűrítik először a levegőt.

A benzinüzemű autók népszerűbbek az Egyesült Államokban, míg a dízel autók az európai országokban elért autók értékesítésének csaknem a felét teszik ki. A köztük lévő különbségek azt mutatják, hogy a benzin kémiai tulajdonságai miként adják meg neki a jármű és a mérnöki célokhoz szükséges tulajdonságokat.

A dízelmotoros autók hatékonyabbak a futásteljesítmény mellett az autópályán, mert a dízelüzemanyag több energiát tartalmaz, mint a benzinüzemanyag. A dízelüzemű gépjárművek motorjaiban nagyobb forgatónyomaték vagy forgási erő is van, ami azt jelenti, hogy ezek a motorok hatékonyabban tudnak gyorsulni. Más területeken, például városokban haladva a dízelelőny kevésbé jelentős.

A dízelüzemanyag jellemzően nehezebben gyullad meg alacsonyabb illékonyságának, az anyag párolgási képességének köszönhetően. Amikor elpárolog, könnyebb meggyulladni, mert alacsonyabb az öngyulladási hőmérséklete. A benzinhez viszont gyújtógyertya szükséges.

Alig van költségkülönbség a benzin és a dízelüzemanyagok között az Egyesült Államokban. Mivel a dízelüzemanyagok futásteljesítménye jobb, költségeik a megtett mérföldekhez képest jobbak. A mérnökök mérik az autómotorok teljesítményét is a lóerő felhasználásával, amely a teljesítmény mértéke. Míg a dízelmotorok könnyebben gyorsulhatnak és foroghatnak, mint a benzinmotorok, alacsonyabb a lóerő.

A nagy üzemanyag-hatékonyság mellett a dízelmotorok jellemzően alacsonyabb üzemanyagköltségekkel, jobb kenési tulajdonságokkal, nagyobb energiasűrűséggel rendelkeznek a négyütemű motorfolyamat során kisebb a gyúlékonyság és a környezetkímélőbb biodízel, nem kőolaj üzemanyag felhasználásának képessége barátságos.