Jak zmierzyć gęstość benzyny?

Pomiar gęstości benzyny pozwala lepiej zrozumieć zastosowania benzyny do różnych celów w różnych typach silników.

Gęstość cieczy to stosunek jej masy do objętości. Aby to obliczyć, podziel masę przez jej objętość. Na przykład, jeśli miałeś 1 gram benzyny o wymiarach 1,33 cm³ w objętości gęstość byłaby:

Gęstość oleju napędowego w Stanach Zjednoczonych zależy od jego klasy 1D, 2D lub 4D. Paliwo 1D jest lepsze na zimną pogodę, ponieważ ma mniejszy opór przepływu. Paliwa 2D lepiej sprawdzają się w cieplejszych temperaturach zewnętrznych. 4D jest lepsze dla silników o niskiej prędkości. Ich gęstość wynosi odpowiednio 875 kg/m²³, 849 kg/m²³ i 959 kg/m²³. Europejska gęstość oleju napędowego w kg/m^{3 .}waha się od 820 do 845.

Gęstość benzyny można również określić za pomocą ciężaru właściwego benzyny. Ciężar właściwy to gęstość obiektu w porównaniu z maksymalną gęstością wody. Maksymalna gęstość wody to 1 g/ml w temperaturze około 4°C. Oznacza to, że jeśli znasz gęstość w g/ml, ta wartość powinna być ciężarem właściwym benzyny.

Trzeci sposób obliczania gęstości gazu wykorzystuje równanie gazu doskonałego:

w którymPjest presja,Vto objętość, n to liczba moli,Rjest idealną stałą gazową iTto temperatura gazu. Zmiana tego równania dajenV = P/RT, w którym lewa strona jest stosunkiem międzynieiV​.

Korzystając z tego równania, możesz obliczyć stosunek liczby moli gazu dostępnych w danej ilości gazu do objętości. Liczbę moli można następnie przekształcić w masę przy użyciu masy atomowej lub cząsteczkowej cząstek gazu. Ponieważ ta metoda jest przeznaczona dla gazów, benzyna w postaci płynnej będzie znacznie odbiegać od wyników tego równania.

Zważyć cylinder miarowy za pomocą skali metrycznej. Zapisz tę ilość w gramach. Napełnij cylinder 100 ml benzyny i zważ go w gramach na wadze. Odejmij masę butli od masy butli, gdy zawiera benzynę. To jest masa benzyny. Podziel tę liczbę przez objętość, 100 ml, aby uzyskać gęstość.

Znając równania gęstości, ciężaru właściwego i prawa gazu doskonałego, możesz określić, jak gęstość zmienia się w funkcji innych zmiennych, takich jak temperatura, ciśnienie i objętość. Wykonanie serii pomiarów tych wielkości pozwala określić, w jaki sposób gęstość zmienia się w ich wyniku lub jak gęstość zmienia się w wyniku jednej lub dwóch z tych trzech ilości, podczas gdy inna ilość lub ilości są utrzymywane stały. Jest to często przydatne w praktycznych zastosowaniach, w których nie znasz wszystkich informacji o każdej pojedynczej ilości gazu.

Należy pamiętać, że równania takie jak prawo gazu doskonałego mogą działać w teorii, ale w praktyce nie uwzględniają właściwości gazów w praktyce. Prawo gazu doskonałego nie bierze pod uwagę rozmiaru cząsteczki i międzycząsteczkowego przyciągania cząstek gazu.

Ponieważ prawo gazu doskonałego nie uwzględnia rozmiarów cząstek gazu, jest mniej dokładne przy niższych gęstościach gazu. Przy niższych gęstościach występuje większa objętość i ciśnienie, tak że odległości między cząstkami gazu stają się znacznie większe niż rozmiar cząstek. Dzięki temu wielkość cząstek jest mniej odchylona od obliczeń teoretycznych.

Siły międzycząsteczkowe między cząsteczkami gazu opisują siły spowodowane różnicami ładunku i struktury między siłami. Siły te obejmują siły dyspersyjne, siły między dipolami lub ładunkami atomów między cząsteczkami gazu. Są one spowodowane ładunkami elektronowymi atomów w zależności od tego, jak cząstki oddziałują z otoczeniem wśród cząstek nienaładowanych, takich jak gazy szlachetne.

Z drugiej strony siły dipol-dipol są stałymi ładunkami na atomach i cząsteczkach, które są używane wśród cząsteczek polarnych, takich jak formaldehyd. Wreszcie wiązania wodorowe opisują bardzo specyficzny przypadek sił dipol-dipol, w którym cząsteczki mają wiązanie wodorowe z tlenem, azotem, lub fluor, który ze względu na różnicę polaryzacji między atomami jest najsilniejszą z tych sił i daje właściwości woda.

Użyj areometru jako metody eksperymentalnego pomiaru gęstości. Areometr to urządzenie, które wykorzystuje zasadę Archimedesa do pomiaru ciężaru właściwego. Ta zasada głosi, że przedmiot unoszący się w cieczy wyprze ilość wody równą jego wadze. Mierzona skala z boku areometru poda ciężar właściwy cieczy.

Napełnij przezroczysty pojemnik benzyną i ostrożnie umieść areometr na powierzchni benzyny. Zakręć areometrem, aby usunąć wszystkie pęcherzyki powietrza i pozwól, aby pozycja areometru na powierzchni benzyny ustabilizowała się. Konieczne jest usunięcie pęcherzyków powietrza, ponieważ zwiększają one wyporność areometru.

Patrz na areometr tak, aby powierzchnia benzyny znajdowała się na poziomie oczu. Zapisz wartość związaną z oznaczeniem na poziomie powierzchni benzyny. Musisz zarejestrować temperaturę benzyny, ponieważ ciężar właściwy cieczy zmienia się wraz z temperaturą. Przeanalizuj odczyt ciężaru właściwego.

Benzyna ma ciężar właściwy od 0,71 do 0,77, w zależności od jej dokładnego składu. Związki aromatyczne mają mniejszą gęstość niż związki alifatyczne, więc ciężar właściwy benzyny może wskazywać na względny udział tych związków w benzynie.

Jaka jest różnica między olejem napędowym a benzyną? Benzyny są zazwyczaj zbudowane z węglowodorów, które są łańcuchami węgli połączonymi razem z jonami wodorowymi, których długość waha się od czterech do 12 atomów węgla w cząsteczce.

Paliwo stosowane w silnikach benzynowych zawiera również pewną ilość alkanów (węglowodorów nasyconych, co oznacza, że ​​mają maksymalną ilość wodoru atomów), cykloalkany (cząsteczki węglowodorów ułożone w koliste pierścienie) i alkeny (węglowodory nienasycone, które mają podwójne więzy).

Olej napędowy wykorzystuje łańcuchy węglowodorowe, które mają większą liczbę atomów węgla, przy czym średnia wynosi 12 atomów węgla na cząsteczkę. Te większe cząsteczki zwiększają temperaturę parowania i zwiększają zapotrzebowanie na energię z kompresji przed zapaleniem.

Olej napędowy wytwarzany z ropy naftowej zawiera również cykloalkany, a także odmiany pierścieni benzenowych, które mają grupy alkilowe. Pierścienie benzenowe są strukturami podobnymi do sześciokątów, z których każdy składa się z sześciu atomów węgla, a grupy alkilowe są wydłużonymi łańcuchami węgiel-wodór, które rozgałęziają się od cząsteczek, takich jak pierścienie benzenowe.

Olej napędowy wykorzystuje zapłon paliwa do poruszania cylindrycznej komory, która wykonuje kompresję, która wytwarza energię w samochodach. Cylinder ściska się i rozszerza na kolejnych etapach procesu silnika czterosuwowego. Zarówno silniki Diesla, jak i benzynowe działają w oparciu o proces silnika czterosuwowego, który obejmuje wlot, sprężanie, spalanie i wydech.

1. Podczas etapu ssania tłok przesuwa się od góry komory sprężania do dołu tak, że wciąga mieszankę powietrza i paliwa do cylindra wykorzystując powstałą przez to różnicę ciśnień proces. Podczas tego etapu zawór pozostaje otwarty tak, że mieszanina przepływa swobodnie.
2. Następnie, podczas etapu sprężania, tłok sam dociska mieszankę, zwiększając ciśnienie i generując energię potencjalną. Zawory są zamknięte tak, że mieszanina pozostaje w komorze. Powoduje to nagrzewanie się zawartości zasobnika. Silniki Diesla wykorzystują większą kompresję zawartości cylindra niż silniki benzynowe.
3. Etap spalania obejmuje obracanie wału korbowego dzięki energii mechanicznej silnika. Przy tak wysokiej temperaturze ta reakcja chemiczna jest spontaniczna i nie wymaga energii zewnętrznej. Świeca zapłonowa lub ciepło stopnia sprężania albo zapalają mieszankę.
4. Wreszcie etap wydechu obejmuje ruch tłoka z powrotem do góry z otwartym zaworem wydechowym, tak że proces może się powtórzyć. Zawór wydechowy pozwala silnikowi usunąć zapalone paliwo, które zużył.

Silniki benzynowe i wysokoprężne wykorzystują spalanie wewnętrzne do generowania energii chemicznej, która jest przekształcana w energię mechaniczną. Energia chemiczna spalania w silnikach benzynowych lub sprężania powietrza w silnikach wysokoprężnych zamieniana jest na energię mechaniczną, która porusza tłokiem silnika. Ten ruch tłoka poprzez różne suwy wytwarza siły, które napędzają sam silnik.

Silniki benzynowe lub benzynowe wykorzystują proces zapłonu iskrowego do zapłonu mieszanki powietrza i paliwa oraz wytworzyć chemiczną energię potencjalną, która jest przekształcana w energię mechaniczną podczas etapów pracy silnika proces.

Inżynierowie i badacze poszukują oszczędnych metod wykonywania tych kroków i reakcji na: oszczędzać jak najwięcej energii, pozostając jednocześnie efektywnym na potrzeby benzyny silniki. Silniki Diesla lub wysokoprężne ("silniki CI"), z kolei, wykorzystują spalanie wewnętrzne, w którym komora spalania mieści w sobie zapłon paliwa spowodowany wysoką temperaturą podczas sprężania paliwa.

Tym wzrostom temperatury towarzyszy zmniejszenie objętości i wzrost ciśnienia zgodnie z prawami, które pokazują, jak zmieniają się ilości gazu, takimi jak równanie gazu doskonałego:PV = nRT. Za to prawoPjest presja,Vto objętość,nieto liczba moli gazu,Rjest równaniem równania gazu doskonałego iTjest temperatura.

Chociaż te równania mogą być prawdziwe w teorii, w praktyce inżynierowie muszą brać pod uwagę ograniczenia w świecie rzeczywistym takie jak materiał użyty do budowy silnika spalinowego i jak paliwo jest znacznie bardziej płynne niż czysty gaz być.

Obliczenia te powinny uwzględniać, w jaki sposób w silnikach benzynowych silnik spręża mieszankę paliwowo-powietrzną za pomocą tłoków, a świece zapłonowe zapalają mieszankę. Natomiast silniki Diesla najpierw sprężają powietrze przed wtryskiem i zapaleniem paliwa.

Samochody benzynowe są bardziej popularne w Stanach Zjednoczonych, podczas gdy samochody z silnikiem Diesla stanowią prawie połowę całej sprzedaży samochodów w krajach europejskich. Różnice między nimi pokazują, w jaki sposób właściwości chemiczne benzyny nadają jej właściwości niezbędne do celów motoryzacyjnych i inżynieryjnych.

Samochody z silnikiem Diesla są bardziej wydajne przy przebiegu na autostradzie, ponieważ olej napędowy ma więcej energii niż benzyna. Silniki samochodowe zasilane olejem napędowym mają również większy moment obrotowy lub siłę obrotową w swoich silnikach, co oznacza, że ​​silniki te mogą przyspieszać wydajniej. Podczas jazdy przez inne obszary, takie jak miasta, przewaga oleju napędowego jest mniej znacząca.

Olej napędowy jest również zazwyczaj trudniejszy do zapalenia ze względu na jego mniejszą lotność, zdolność substancji do parowania. Jednak po odparowaniu łatwiej go zapalić, ponieważ ma niższą temperaturę samozapłonu. Z drugiej strony benzyna wymaga świecy zapłonowej do zapłonu.

W Stanach Zjednoczonych nie ma prawie żadnej różnicy w kosztach benzyny i oleju napędowego. Ponieważ olej napędowy ma lepsze przebiegi, ich koszt w stosunku do przejechanych kilometrów jest lepszy. Inżynierowie mierzą również moc wyjściową silników samochodowych za pomocą mocy, która jest miarą mocy. Chociaż silniki wysokoprężne mogą przyspieszać i obracać się łatwiej niż silniki benzynowe, mają niższą moc wyjściową.

Oprócz wysokiej efektywności paliwowej silniki wysokoprężne charakteryzują się zazwyczaj niższymi kosztami paliwa, lepszymi właściwościami smarnymi, większą gęstością energii podczas procesu silnika czterosuwowego, mniejsza palność i możliwość stosowania paliwa biodiesel nie zawierającego ropy naftowej, które jest bardziej przyjazne dla środowiska przyjazny.