가솔린 및 기타 연료가 그토록 강력한 이유는 무엇입니까? 자동차에 동력을 공급하는 연료와 같은 화학 혼합물의 잠재력은 이러한 물질이 유발할 수있는 반응에서 비롯됩니다.
연료를 사용할 때 이러한 화학적 및 물리적 특성을 제어하는 간단한 공식과 방정식을 사용하여이 에너지 밀도를 측정 할 수 있습니다. 에너지 밀도 방정식은 연료 자체와 관련하여이 강력한 에너지를 측정하는 방법을 제공합니다.
에너지 밀도 공식
공식에너지 밀도이다
E_d = \ frac {E} {V}
에너지 밀도이자형디, 에너지이자형및 볼륨V. 당신은 또한 측정 할 수 있습니다특정 에너지 이자형에스같이여자 이름부피 대신 질량을 위해. 특정 에너지는 에너지 밀도보다 자동차에 동력을 공급할 때 연료가 사용하는 사용 가능한 에너지와 더 밀접한 관련이 있습니다. 참조 표에 따르면 가솔린, 등유 및 디젤 연료는 석탄, 메탄올 및 목재보다 에너지 밀도가 훨씬 높습니다.
그럼에도 불구하고 화학자, 물리학 자 및 엔지니어는 자동차를 설계하고 물리적 특성에 대한 재료를 테스트 할 때 에너지 밀도와 특정 에너지를 모두 사용합니다. 이 밀도가 높은 에너지의 연소를 기반으로 연료가 얼마나 많은 에너지를 방출할지 결정할 수 있습니다. 이것은 에너지 함량을 통해 측정됩니다.
연료가 연소 할 때 방출하는 단위 질량 또는 부피당 에너지의 양은 연료의 에너지 함량입니다. 밀도가 더 높은 연료는 부피 측면에서 에너지 함량 값이 높지만 밀도가 낮은 연료는 일반적으로 단위 질량 당 더 많은 에너지 함량을 생성합니다.
에너지 밀도 단위
에너지 함량은 특정 온도 및 압력에서 주어진 가스 부피에 대해 측정되어야합니다. 미국에서는 엔지니어와 과학자들이 국제 영국 열 단위 (BtuIT)로 에너지 함량을보고하는 반면 캐나다와 멕시코에서는 에너지 함량이 줄 (J)로보고됩니다.
당신은 또한 사용할 수 있습니다칼로리에너지 함량을보고합니다. 과학 및 공학에서 에너지 함량을 계산하는보다 표준적인 방법은 해당 물질의 단일 그램을 그램 당 줄 (J / g) 단위로 태울 때 생성되는 열의 양을 사용합니다.
에너지 함량 계산
이 그램 당 줄 단위를 사용하면 비열 용량을 알 때 특정 물질의 온도를 높여서 얼마나 많은 열이 방출되는지 계산할 수 있습니다.씨피그 재료의. 그만큼씨피물의 양은 4.18 J / g ° C입니다. 열에 대한 방정식을 사용합니다.H같이
H = \ 델타 T \ times m \ times C_p
어느∆T온도의 변화이고 m은 물질의 질량 (g)입니다.
화학 물질의 초기 및 최종 온도를 실험적으로 측정하면 반응에 의해 발산되는 열을 확인할 수 있습니다. 연료 플라스크를 용기로 가열하고 용기 외부 공간의 온도 변화를 기록한다면이 방정식을 사용하여 발산되는 열을 측정 할 수 있습니다.
폭탄 열량계
온도를 측정 할 때 온도 프로브는 시간이 지남에 따라 지속적으로 온도를 측정 할 수 있습니다. 이것은 열 방정식을 사용할 수있는 광범위한 온도를 제공합니다. 또한 그래프에서선형 관계시간이 지남에 따라 온도가 일정한 속도로 방출되고 있음을 보여줍니다. 이것은 열 방정식이 사용하는 온도와 열 간의 선형 관계를 나타냅니다.
그런 다음 연료의 질량이 얼마나 변경되었는지 측정하면 해당 연료 질량에 에너지가 저장되는 방식을 확인할 수 있습니다. 또는 적절한 에너지 밀도 단위에 대한 부피 차이를 측정 할 수 있습니다.
이 방법은폭탄 열량계방법은 에너지 밀도 공식을 사용하여이 밀도를 계산하는 실험 방법을 제공합니다. 보다 정제 된 방법은 용기 자체의 벽에서 손실 된 열 또는 용기의 재료를 통한 열 전도를 고려할 수 있습니다.
더 높은 발열량 에너지 함량
더 높은 발열량의 변형으로 에너지 함량을 표현할 수도 있습니다 (HHV). 이것은 연소 된 후 연료의 질량 또는 부피에 의해 실온 (25 ° C)에서 방출되는 열의 양이며 제품은 실온으로 돌아갑니다. 이 방법은 재료를 냉각하는 동안 응고 및 고체 상 변형이 발생할 때 나타나는 엔탈피 열인 잠열을 설명합니다.
이 방법을 통해 에너지 함량은 기본 체적 조건에서 더 높은 발열 값으로 제공됩니다 (HHV비). 표준 또는 기본 조건에서 에너지 유량큐Hb체적 유량의 곱과 같습니다.큐VB방정식의 기본 체적 조건에서 더 높은 발열량
q_ {Hb} = q_ {vb} \ times HHV_b
실험 방법을 통해 과학자와 엔지니어는HHV비연료 효율과 관련된 다른 변수의 함수로 결정될 수있는 방법을 결정하기위한 다양한 연료 표준 조건은 10 ° C (273.15K 또는 32oF) 및 105 파스칼 (1bar)로 정의됩니다.
이러한 경험적 결과는HHV비기본 조건의 압력과 온도는 물론 연료 또는 가스의 구성에 따라 달라집니다. 반대로 발열량이 낮을수록LHV동일한 측정이지만 최종 연소 생성물의 물이 증기 또는 증기로 남아있는 지점에서.
다른 연구에 따르면HHV연료 자체의 구성에서. 이것은 당신에게 줄 것입니다
HHV = .35X_C + 1.18X_H + 0.10X_S-0.02X_N-0.10X_O-0.02X_ {ash}
각각엑스탄소 (C), 수소 (H), 황 (S), 질소 (N), 산소 (O) 및 나머지 회분 함량에 대한 분율 질량. 질소와 산소는HHV다른 원소와 분자처럼 열 방출에 기여하지 않기 때문입니다.
바이오 디젤의 에너지 밀도
바이오 디젤 연료는 더 유해한 다른 연료의 대안으로 연료를 생산하는 친환경적인 방법을 제공합니다. 천연 오일, 콩 추출물 및 조류로 만들어집니다. 이 재생 가능한 연료 원은 환경 오염을 줄이며 일반적으로 석유 연료 (가솔린 및 디젤 연료)와 혼합됩니다. 따라서 에너지 밀도 및 에너지 함량과 같은 양을 사용하여 연료가 사용하는 에너지의 양을 연구하는 데 이상적인 후보가됩니다.
불행히도 에너지 함량 관점에서 볼 때 바이오 디젤 연료는 많은 양의 산소를 가지고 있으므로 질량 (MJ / kg 단위)에 비해 낮은 에너지 값을 생성합니다. 바이오 디젤 연료는 질량 에너지 함량이 약 10 % 낮습니다. 예를 들어, B100의 에너지 함량은 119,550 Btu / gal입니다.
연료가 사용하는 에너지의 양을 측정하는 또 다른 방법은 에너지 균형이며, 바이오 디젤의 경우 4.56입니다. 즉, 바이오 디젤 연료는 사용하는 화석 에너지 단위당 4.56 단위의 에너지를 생산합니다. 다른 연료는 디젤과 바이오 매스 연료를 혼합 한 B20과 같이 더 많은 에너지를 공급합니다. 이 연료는 디젤 1 갤런의 에너지의 약 99 % 또는 가솔린 1 갤런의 에너지의 109 %를 가지고 있습니다.
일반적으로 바이오 매스에 의해 방출되는 열의 효율성을 결정하는 다른 방법이 있습니다. 바이오 매스를 연구하는 과학자와 엔지니어는 용기를 둘러싼 공기 또는 물로 전달되는 연소에서 방출되는 열을 측정하기 위해 폭탄 열량계 방법을 사용합니다. 이것으로부터, 당신은 결정할 수 있습니다HHV바이오 매스를 위해.