როგორ გამოვთვალოთ ენერგიის სიმკვრივე

რა არის ბენზინი და სხვა საწვავი ასე ძლიერი? ისეთი ქიმიური ნარევების პოტენციალი, როგორიცაა საწვავი, რომლებიც ელექტროენერგიის მანქანებს გააჩნიათ იმ რეაქციებით, რომლებიც ამ მასალებს შეუძლიათ გამოიწვიოს.

თქვენ შეგიძლიათ გაზომოთ ეს ენერგიის სიმკვრივე პირდაპირი ფორმულების და განტოლებების გამოყენებით, რომლებიც არეგულირებენ ამ ქიმიურ და ფიზიკურ თვისებებს საწვავის გამოყენებაში. ენერგიის სიმკვრივის განტოლება იძლევა ამ ძლიერი ენერგიის გაზომვის საშუალებას თავად საწვავის მიმართ.

ფორმულაენერგიის სიმკვრივეარის

ენერგიის სიმკვრივისთვისე_დენერგიაედა მოცულობავ. ასევე შეგიძლიათ გაზომოთსპეციფიკური ენერგია​ ​ე_სროგორცE / Mმოცულობის ნაცვლად მასისთვის. სპეციფიკური ენერგია უფრო მჭიდრო კორელაციაშია იმ ენერგიასთან, რომელსაც საწვავი იყენებს მანქანების მუშაობისას, ვიდრე ენერგიის სიმკვრივე. საცნობარო ცხრილებში ნაჩვენებია, რომ ბენზინი, ნავთი და დიზელის საწვავი გაცილებით მაღალი ენერგიის სიმკვრივეა, ვიდრე ნახშირი, მეთანოლი და ხე.

მიუხედავად ამისა, ქიმიკოსები, ფიზიკოსები და ინჟინრები იყენებენ როგორც ენერგიის სიმკვრივეს, ასევე სპეციფიკურ ენერგიას ავტომობილების დიზაინისა და ფიზიკური თვისებების მასალების შემოწმებისას. შეგიძლიათ განსაზღვროთ, თუ რამდენ ენერგიას გასცემს საწვავი ამ მჭიდროდ შეფუთული ენერგიის წვის საფუძველზე. ეს იზომება ენერგიის შემცველობით.

ენერგიის რაოდენობა ერთეულ მასაზე ან მოცულობაზე, რომელსაც აძლევს საწვავი წვის დროს, არის საწვავის ენერგიის შემცველობა. მიუხედავად იმისა, რომ უფრო მჭიდროდ შეფუთულ საწვავს ენერგიის შემცველობა უფრო მაღალი აქვთ მოცულობის თვალსაზრისით, ქვედა სიმკვრივის საწვავი ზოგადად უფრო მეტ ენერგიას შეიცავს ერთ მასაზე.

ენერგიის შემცველობა უნდა შეფასდეს გაზის მოცემული მოცულობის სპეციფიკური ტემპერატურისა და წნევისთვის. შეერთებულ შტატებში ინჟინრები და მეცნიერები აცხადებენ ენერგიის შემცველობას საერთაშორისო ბრიტანულ თერმულ ერთეულებში (BtuIT), ხოლო კანადასა და მექსიკაში ენერგომომარაგება იოლად (J).

ასევე შეგიძლიათ გამოიყენოთკალორიებსენერგეტიკული შინაარსის შესახებ. ენერგიასა და შინაარსში ენერგიის შემცველობის გაანგარიშების უფრო სტანდარტული მეთოდები იყენებენ სითბოს წარმოქმნილ რაოდენობას, როდესაც ამ მასალის ერთ გრამს დაწვავთ ჯოლებში თითო გრამზე (კგ / გ).

გამოიყენეთ ჯოლების ერთეული გრამზე, შეგიძლიათ გამოთვალოთ რამდენი სითბო გამოიყოფა კონკრეტული ნივთიერების ტემპერატურის გაზრდით, თუ იცით კონკრეტული სითბოს ტევადობაგ_გვიმ მასალის.გ_გვწყლის არის 4.18 J / g ° C. თქვენ იყენებთ განტოლებას სითბოსთვისჰროგორც

რომელშიცTარის ტემპერატურის ცვლილება და მ არის ნივთიერების მასა გრამებში.

თუ ექსპერიმენტულად გაზომავთ ქიმიური მასალის საწყის და საბოლოო ტემპერატურას, შეგიძლიათ განსაზღვროთ რეაქციის შედეგად გამოყოფილი სითბო. თუ საწვავის კოლბას კონტეინერად თბებოდით და უშუალოდ კონტეინერის გარეთ მდებარე სივრცეში ტემპერატურის ცვლილებას დააფიქსირებდით, შეგიძლიათ გაანგარიშოთ გაცემული სითბო ამ განტოლების გამოყენებით.

ტემპერატურის გაზომვის დროს, ტემპერატურის ზონტს შეუძლია განუწყვეტლივ გაზომოს ტემპერატურა დროთა განმავლობაში. ეს მოგცემთ ტემპერატურის ფართო სპექტრს, რომლისთვისაც შეგიძლიათ გამოიყენოთ სითბოს განტოლება. გრაფაში ასევე უნდა მოძებნოთ ის ადგილები, სადაც ნაჩვენებია aხაზოვანი ურთიერთობადროთა განმავლობაში ტემპერატურას შორის, რადგან ეს აჩვენებს, რომ ტემპერატურა მიიღება მუდმივი სიჩქარით. ეს სავარაუდოდ მიუთითებს წრფივ დამოკიდებულებაზე ტემპერატურასა და სითბოს შორის, რომელსაც იყენებს სითბოს განტოლება.

შემდეგ, თუ გაზომავთ საწვავის მასას, რამდენადაა შეცვლილი, შეგიძლიათ დაადგინოთ, თუ როგორ ინახებოდა ენერგია საწვავის ამ მასაში. გარდა ამისა, შეგიძლიათ შეაფასოთ, თუ რა მოცულობის სხვაობაა ეს შესაბამისი ენერგიის სიმკვრივის ერთეულებისთვის.

ეს მეთოდი, ცნობილი როგორცბომბი კალორიმეტრიმეთოდი, მოცემულია ენერგიის სიმკვრივის ფორმულის ექსპერიმენტული მეთოდი ამ სიმკვრივის გამოსათვლელად. უფრო დახვეწილ მეთოდებს შეუძლიათ გაითვალისწინონ თავად კონტეინერის კედლებში დაკარგული სითბო ან კონტეინერის მასალის მეშვეობით სითბოს გატარება.

თქვენ ასევე შეგიძლიათ გამოხატოთ ენერგიის შემცველობა, როგორც მაღალი გათბობის მნიშვნელობის ვარიაცია (HHV). ეს არის სითბოს რაოდენობა, რომელიც გაათავისუფლეს ოთახის ტემპერატურაზე (25 ° C) მასით ან მოცულობის საწვავით მას შემდეგ, რაც იწვის და პროდუქტები დაუბრუნდება ოთახის ტემპერატურას. ამ მეთოდით გათვალისწინებულია ლატენტური სითბო, ენტალპიის სითბო, რომელიც ჩნდება მასალის გაგრილების დროს გამკვრივებისა და მყარი მდგომარეობის ფაზის გარდაქმნების დროს.

ამ მეთოდის საშუალებით, ენერგიის შემცველობა მოცემულია უფრო მეტი გათბობის მნიშვნელობით ბაზის მოცულობის პირობებში (HHV_ბ). სტანდარტული ან საბაზისო პირობებში, ენერგიის დინების სიჩქარეq_ჰბტოლია მოცულობითი დინების სიჩქარის პროდუქტისq_ვბდა უფრო მაღალი გათბობის მნიშვნელობა ბაზის მოცულობის პირობებში განტოლებაში

ექსპერიმენტული მეთოდების გამოყენებით, მეცნიერებმა და ინჟინრებმა შეისწავლესHHV_ბსხვადასხვა საწვავისთვის, რათა დადგინდეს, თუ როგორ შეიძლება იგი განისაზღვროს, როგორც სხვა ცვლადების ფუნქცია, რომელიც ეხება საწვავის ეფექტურობას. სტანდარტული პირობები განისაზღვრება, როგორც 10 ° C (273.15 K ან 32 oF) და 105 პასკალი (1 bar).

ამ ემპირიულმა შედეგებმა აჩვენა, რომHHV_ბდამოკიდებულია საბაზისო პირობებში წნევაზე და ტემპერატურაზე, ასევე საწვავის ან გაზის შემადგენლობაზე. ამის საპირისპიროდ, ქვედა გათბობის ღირებულებაLHVიგივე საზომია, მაგრამ იმ ეტაპზე, როდესაც საბოლოო წვის პროდუქტებში წყალი რჩება ორთქლის ან ორთქლის სახით.

სხვა გამოკვლევებმა აჩვენა, რომ შეგიძლიათ გამოთვალოთHHVთავად საწვავის შემადგენლობისგან. ამან უნდა მოგცეთ

თითოეულთან ერთადXნახშირბადის (C), წყალბადის (H), გოგირდის (S), აზოტის (N), ჟანგბადის (O) და ფრაქციული მასის ნაწილაკები. აზოტი და ჟანგბადი უარყოფითად მოქმედებს მასზეHHVრადგან ისინი ხელს არ უწყობენ სითბოს გამოყოფას, როგორც სხვა ელემენტები და მოლეკულები.

ბიოდიზელის საწვავი გთავაზობთ საწვავის ეკოლოგიურად სუფთა მეთოდს, როგორც სხვა, უფრო მავნე საწვავის ალტერნატივა. ისინი შექმნილია ბუნებრივი ზეთებისაგან, სოიოს ექსტრაქტებისგან და წყალმცენარეებისგან. განახლებადი საწვავის წყარო იწვევს გარემოს დაბინძურებას და ისინი ჩვეულებრივ ირევიან ნავთობის საწვავთან (ბენზინი და დიზელის საწვავი). ეს მათ იდეალურ კანდიდატებად აქცევს, თუ რამდენად ენერგიას იყენებს საწვავი ენერგიის სიმკვრივისა და ენერგიის შემცველობის გამოყენებით.

სამწუხაროდ, ენერგომომარაგების თვალსაზრისით, ბიოდიზელის საწვავს აქვს დიდი რაოდენობით ჟანგბადი, ამიტომ ისინი აწარმოებენ უფრო დაბალ ენერგეტიკულ მნიშვნელობებს მათი მასის მიმართ (MJ / კგ ერთეულებში). ბიოდიზელის საწვავს დაახლოებით 10 პროცენტით ნაკლები აქვს მასის ენერგიის შემცველობა. მაგალითად, B100– ს ენერგიის შემცველობაა 119,550 Btu / gal.

თუ რამდენად ენერგიას იყენებს საწვავი, გაზომვის კიდევ ერთი გზაა ენერგეტიკული ბალანსი, რომელიც, ბიოდიზელისთვის არის 4,56. ეს ნიშნავს, რომ ბიოდიზელის საწვავი აწარმოებს 4,56 ერთეულ ენერგიას, მის მიერ გამოყენებული წიაღისეული ენერგიის ყოველი ერთეულისთვის. სხვა საწვავი უფრო მეტ ენერგიას ათავსებს, მაგალითად, B20, დიზელის ნაზავი ბიომასის საწვავთან. ამ საწვავს აქვს ერთი გალონი დიზელის ენერგიის დაახლოებით 99 პროცენტი ან ერთი გალონი ბენზინის ენერგიის 109 პროცენტი.

ზოგადად, ბიომასის მიერ გამოყოფილი სითბოს ეფექტურობის დასადგენად არსებობს ალტერნატიული მეთოდები. მეცნიერები და ინჟინრები, რომლებიც შეისწავლიან ბიომასას, იყენებენ ბომბიან კალორიმეტრის მეთოდს, რომ გაზომონ წვისგან გათავისუფლებული სითბო, რომელიც გადადის ჰაერში ან წყალში, კონტეინერის გარშემო. აქედან შეგიძლიათ განსაზღვროთHHVბიომასისთვის.