エネルギー密度の計算方法

ガソリンやその他の燃料がこれほど強力な理由は何ですか？ 自動車に動力を供給する燃料などの化学混合物の可能性は、これらの材料が引き起こす可能性のある反応から生じます。

このエネルギー密度は、燃料を使用するときにこれらの化学的および物理的特性を管理する簡単な式と方程式を使用して測定できます。 エネルギー密度方程式は、燃料自体に関してこの強力なエネルギーを測定する方法を提供します。

の式エネルギー密度です

エネルギー密度E_d、エネルギーEとボリュームV. また、測定することができます比エネルギー​ ​E_sなのでE / M体積ではなく質量の場合。 比エネルギーは、エネルギー密度よりも、自動車に動力を供給するときに燃料が使用する利用可能なエネルギーとより密接に相関しています。 参照表は、ガソリン、灯油、ディーゼル燃料のエネルギー密度が石炭、メタノール、木材よりもはるかに高いことを示しています。

とにかく、化学者、物理学者、エンジニアは、自動車を設計したり、材料の物理的特性をテストしたりするときに、エネルギー密度と比エネルギーの両方を使用します。 この密集したエネルギーの燃焼に基づいて、燃料が放出するエネルギーの量を決定できます。 これは、エネルギー量によって測定されます。

燃料が燃焼したときに放出される単位質量または単位体積あたりのエネルギー量は、燃料のエネルギー量です。 より高密度に充填された燃料は、体積に関してより高いエネルギー含有量の値を持ちますが、より低密度の燃料は、一般に、単位質量あたりより多くのエネルギー含有量を生成します。

エネルギー量は、特定の温度と圧力で特定の量のガスについて測定する必要があります。 米国では、エンジニアと科学者が国際英熱量単位（BtuIT）でエネルギー量を報告し、カナダとメキシコでは、エネルギー量をジュール（J）で報告します。

使用することもできますカロリーエネルギー量を報告します。 科学と工学のエネルギー量を計算するより標準的な方法では、1グラムの材料を1グラムあたりのジュール（J / g）で燃焼したときに発生する熱量を使用します。

グラムあたりのジュールのこの単位を使用して、比熱容量がわかっているときに特定の物質の温度を上げることによって放出される熱量を計算できますC_pその材料の。 ザ・C_p水の量は4.18J / g°Cです。 熱の方程式を使用しますHなので

その中で∆Tは温度の変化であり、mはグラム単位の物質の質量です。

化学物質の初期温度と最終温度を実験的に測定すると、反応によって放出される熱を決定できます。 燃料のフラスコを容器として加熱し、容器のすぐ外側の空間の温度変化を記録する場合、この式を使用して放出される熱を測定​​できます。

温度を測定する場合、温度プローブは時間の経過とともに継続的に温度を測定できます。 これにより、熱方程式を使用できる幅広い温度が得られます。 また、グラフ内で次のことを示す場所を探す必要があります。線形関係これは、温度が一定の速度で放出されていることを示しているため、時間の経過に伴う温度間の差。 これは、熱方程式が使用する温度と熱の間の線形関係を示している可能性があります。

次に、燃料の質量がどれだけ変化したかを測定すると、その燃料の質量にエネルギーがどのように蓄積されたかを判断できます。 または、適切なエネルギー密度単位に対して、これがどの程度の体積差であるかを測定することもできます。

この方法は、爆弾熱量計メソッドは、この密度を計算するためにエネルギー密度式を使用する実験的な方法を提供します。 より洗練された方法では、コンテナ自体の壁に失われた熱、またはコンテナの材料を介した熱伝導を考慮に入れることができます。

エネルギー量は、より高い発熱量の変化として表すこともできます（HHV). これは、燃焼後に燃料の質量または体積によって室温（25°C）で放出され、製品が室温に戻った後の熱量です。 この方法では、材料の冷却中に凝固および固相変態が発生したときに発生する潜熱、エンタルピー熱が考慮されます。

この方法により、エネルギー量は、基本体積条件でのより高い発熱量によって与えられます（HHV_b). 標準または基本条件では、エネルギー流量q_Hb体積流量の積に等しいq_vb方程式の基本体積条件でのより高い発熱量

実験的な方法を通して、科学者とエンジニアは研究しましたHHV_bさまざまな燃料について、燃料効率に関連する他の変数の関数としてどのように決定できるかを決定します。 標準状態は、10°C（273.15Kまたは32oF）および105パスカル（1バール）として定義されています。

これらの経験的結果は、HHV_b基本条件での圧力と温度、および燃料またはガスの組成に依存します。 対照的に、より低い発熱量LHVは同じ測定値ですが、最終燃焼生成物の水が蒸気または蒸気として残る時点です。

他の研究はあなたが計算できることを示しましたHHV燃料自体の組成から。 これはあなたに与えるはずです

それぞれとバツ炭素（C）、水素（H）、硫黄（S）、窒素（N）、酸素（O）および残りの灰分量の分率質量として。 窒素と酸素はに悪影響を及ぼしますHHV他の元素や分子のように熱の放出に寄与しないためです。

バイオディーゼル燃料は、他のより有害な燃料の代替として、環境に優しい燃料生産方法を提供します。 それらは、天然油、大豆抽出物、藻類から作られています。 この再生可能な燃料源は、環境への汚染を少なくし、通常、石油燃料（ガソリンおよびディーゼル燃料）と混合されます。 これにより、エネルギー密度やエネルギー含有量などの量を使用して、燃料が使用するエネルギー量を研究するための理想的な候補になります。

残念ながら、エネルギー含有量の観点から、バイオディーゼル燃料は大量の酸素を含んでいるため、質量（MJ / kg単位）に対して低いエネルギー値を生成します。 バイオディーゼル燃料は、質量エネルギー含有量が約10パーセント低くなっています。 たとえば、B100のエネルギー量は119,550 Btu / galです。

燃料が使用するエネルギー量を測定する別の方法は、エネルギーバランスです。これは、バイオディーゼルの場合、4.56です。 これは、バイオディーゼル燃料が使用する化石エネルギーの単位ごとに4.56単位のエネルギーを生成することを意味します。 ディーゼルとバイオマス燃料の混合物であるB20など、他の燃料はより多くのエネルギーを詰め込みます。 この燃料は、1ガロンのディーゼルのエネルギーの約99％、または1ガロンのガソリンのエネルギーの109％を持っています。

一般にバイオマスによって放出される熱の効率を決定するための代替方法が存在します。 バイオマスを研究する科学者やエンジニアは、爆弾熱量計法を使用して、燃焼から放出され、容器の周囲の空気または水に伝達される熱を測定​​します。 これから、あなたは決定することができますHHVバイオマスのために。