Cum se măsoară densitatea benzinei

Măsurarea densității benzinei vă poate oferi o mai bună înțelegere a utilizărilor benzinei în diferite scopuri în diferite tipuri de motoare.

Densitatea unui lichid este raportul dintre masă și volum. Împărțiți masa la volumul său pentru a o calcula. De exemplu, dacă ai avea 1 gram de benzină care măsoară 1,33 cm³ în volum, densitatea ar fi:

Densitatea motorinei din Statele Unite depinde de clasa sa 1D, 2D sau 4D. Combustibilul 1D este mai bun pentru vremea rece, deoarece are o rezistență mai mică la curgere. Combustibilii 2D sunt mai buni pentru temperaturi exterioare mai calde. 4D este mai bun pentru motoarele cu viteză redusă. Densitățile lor, respectiv, sunt de 875 kg / m³, 849 kg / m³ și 959 kg / m³. Densitatea europeană a motorinei în kg / m^{3 .}variază de la 820 la 845.

Densitatea benzinei poate fi de asemenea definită folosind greutatea specifică a benzinei. Greutatea specifică este densitatea unui obiect în comparație cu densitatea maximă a apei. Densitatea maximă a apei este de 1 g / ml la aproximativ 4 ° C. Aceasta înseamnă, dacă cunoașteți densitatea în g / ml, acea valoare ar trebui să fie greutatea specifică a benzinei.

Un al treilea mod de a calcula densitatea unui gaz utilizează legea ideală a gazului:

in carePeste presiune,Veste volumul, n este numărul de moli,Reste constanta ideală a gazului șiTeste temperatura gazului. Rearanjarea acestei ecuații vă oferănV = P / RT, în care partea stângă este un raport întrenșiV​.

Folosind această ecuație, puteți calcula raportul dintre numărul de moli de gaz disponibil într-o cantitate de gaz și volumul. Numărul de moli poate fi apoi convertit în masă folosind greutatea atomică sau moleculară a particulelor de gaz. Deoarece această metodă este destinată gazelor, benzina sub formă lichidă se va abate mult de la rezultatele acestei ecuații.

Se cântărește un cilindru gradat folosind o scară metrică. Înregistrați această cantitate în grame. Umpleți cilindrul cu 100 ml de benzină și cântăriți-l în grame cu cântarul. Scoateți masa cilindrului din masa cilindrului atunci când acesta conține benzină. Aceasta este masa benzinei. Împărțiți această cifră cu volumul, 100 ml, pentru a obține densitatea.

Cunoscând ecuațiile pentru densitate, greutatea specifică și legea ideală a gazelor, puteți determina modul în care densitatea variază în funcție de alte variabile, cum ar fi temperatura, presiunea și volumul. Efectuarea unei serii de măsurători a acestor cantități vă permite să aflați modul în care densitatea variază ca urmare a acestora sau cum densitatea variază ca urmare a uneia sau a două dintre aceste trei cantități, în timp ce cealaltă cantitate sau cantități sunt păstrate constant. Acest lucru este adesea la îndemână pentru aplicații practice în care nu știți toate informațiile despre fiecare cantitate de gaz.

Rețineți că ecuații precum legea ideală a gazelor pot funcționa teoretic, dar, în practică, ele nu explică adecvarea gazelor în practică. Legea ideală a gazelor nu ia în considerare dimensiunea moleculară și atracțiile intermoleculare ale particulelor de gaz.

Deoarece legea ideală a gazelor nu ține cont de dimensiunile particulelor de gaz, este mai puțin precisă la densități mai mici de gaz. La densități mai mici, există un volum și o presiune mai mari, astfel încât distanțele dintre particulele de gaz devin mult mai mari decât dimensiunea particulelor. Acest lucru face ca dimensiunea particulelor să fie mai mică decât o abatere de la calculele teoretice.

Forțele intermoleculare dintre particulele de gaz descriu forțele cauzate de diferențele de sarcină și structură dintre forțe. Aceste forțe includ forțe de dispersie, forțe între dipoli sau sarcini ale atomilor din particulele de gaz. Acestea sunt cauzate de sarcinile electronice ale atomilor, în funcție de modul în care particulele interacționează cu mediul lor printre particulele neîncărcate, cum ar fi gazele nobile.

Forțele dipol-dipol, pe de altă parte, sunt sarcinile permanente ale atomilor și moleculelor care sunt utilizate printre moleculele polare, cum ar fi formaldehida. În cele din urmă, legăturile de hidrogen descriu un caz foarte specific al forțelor dipol-dipol în care moleculele au hidrogen legat de oxigen, azot, sau fluor care, datorită diferenței de polaritate dintre atomi, sunt cele mai puternice dintre aceste forțe și dau naștere la calități de apă.

Folosiți un hidrometru ca metodă de măsurare experimentală a densității. Un hidrometru este un dispozitiv care folosește principiul lui Arhimede pentru a măsura greutatea specifică. Acest principiu susține că un obiect care plutește într-un lichid va deplasa o cantitate de apă care este egală cu greutatea obiectului. O scară măsurată pe partea hidrometrului va furniza greutatea specifică a lichidului.

Umpleți un recipient limpede cu benzină și așezați cu atenție hidrometrul pe suprafața benzinei. Rotiți hidrometrul pentru a elimina toate bulele de aer și pentru a permite stabilizarea poziției hidrometrului pe suprafața benzinei. Este esențial ca bulele de aer să fie îndepărtate, deoarece vor crește flotabilitatea hidrometrului.

Vizualizați hidrometrul astfel încât suprafața benzinei să fie la nivelul ochilor. Înregistrați valoarea asociată marcării la nivelul suprafeței benzinei. Va trebui să înregistrați temperatura benzinei, deoarece greutatea specifică a unui lichid variază în funcție de temperatură. Analizați greutatea specifică.

Benzina are o greutate specifică între 0,71 și 0,77, în funcție de compoziția sa precisă. Compușii aromatici sunt mai puțin densi decât compușii alifatici, astfel încât greutatea specifică a benzinei poate indica proporția relativă a acestor compuși în benzină.

Care este diferența dintre motorină și benzină? Benzinele sunt în general făcute din hidrocarburi, care sunt șiruri de carboni înlănțuiți împreună cu ioni de hidrogen, care au o lungime cuprinsă între patru și 12 atomi de carbon per moleculă.

Combustibilul utilizat la motoarele pe benzină conține, de asemenea, cantități de alcani (hidrocarburi saturate, ceea ce înseamnă că au cantitatea maximă de hidrogen atomi), cicloalcani (molecule de hidrocarburi dispuse în formațiuni circulare asemănătoare inelului) și alchene (hidrocarburi nesaturate care au dublu legături).

Combustibilul diesel folosește lanțuri de hidrocarburi care au un număr mai mare de atomi de carbon, media fiind de 12 atomi de carbon per moleculă. Aceste molecule mai mari cresc temperatura sa de evaporare și modul în care necesită mai multă energie din comprimare înainte de aprindere.

Motorina fabricată din petrol are, de asemenea, cicloalcani, precum și variații ale inelelor benzenice care au grupări alchil. Inelele benzenice sunt structuri asemănătoare hexagonului a câte șase atomi de carbon, iar grupările alchil sunt lanțuri carbon-hidrogen extinse care se ramifică din molecule precum inelele benzenice.

Combustibilul diesel folosește aprinderea combustibilului pentru a muta o cameră în formă cilindrică care realizează compresia care generează energie în automobile. Cilindrul se comprimă și se extinde prin etapele procesului motorului în patru timpi. Ambele motoare diesel și pe benzină funcționează folosind un proces în patru timpi care implică admisie, compresie, combustie și evacuare.

1. În timpul etapei de admisie, pistonul se deplasează din partea superioară a camerei de compresie în partea de jos, astfel încât acesta trage un amestec de aer și combustibil în cilindru folosind diferența de presiune generată prin aceasta proces. Supapa rămâne deschisă în timpul acestei etape, astfel încât amestecul să curgă liber.
2. Apoi, în timpul etapei de compresie, pistonul presează amestecul în sine, crescând presiunea și generând energie potențială. Supapele sunt închise astfel încât amestecul să rămână în interiorul camerei. Acest lucru determină încălzirea conținutului cilindrului. Motoarele diesel utilizează mai multă compresie a conținutului cilindrilor decât motoarele pe benzină.
3. Etapa de ardere implică rotirea arborelui cotit prin energia mecanică de la motor. Cu o temperatură atât de ridicată, această reacție chimică este spontană și nu necesită energie externă. O bujie sau căldura pasului de compresie fie aprind amestecul.
4. În cele din urmă, etapa de evacuare implică pistonul care se deplasează înapoi în partea de sus cu supapa de evacuare deschisă, astfel încât procesul să se poată repeta. Supapa de evacuare permite motorului să îndepărteze combustibilul aprins pe care l-a folosit.

Motoarele pe benzină și diesel utilizează combustia internă pentru a genera energie chimică transformată în energie mecanică. Energia chimică de ardere pentru motoarele pe benzină sau compresia aerului în motoarele diesel este convertită în energie mecanică care deplasează pistonul motorului. Această mișcare a pistonului prin diferite curse creează forțe care alimentează motorul în sine.

Motoarele pe benzină sau motoarele pe benzină utilizează un proces de aprindere prin scânteie pentru a aprinde un amestec de aer și combustibil și creați energie potențială chimică care este transformată în energie mecanică în timpul etapelor motorului proces.

Inginerii și cercetătorii caută metode eficiente din punct de vedere al consumului de combustibil pentru a efectua acești pași și reacții la economisiți cât mai multă energie posibil, rămânând în același timp eficient în scopuri de benzină motoare. Motoarele diesel sau cu aprindere prin compresie („motoare CI”), în schimb, utilizează o combustie internă în care camera de ardere găzduiește aprinderea combustibilului cauzată de temperaturi ridicate atunci când combustibilul este comprimat.

Aceste creșteri ale temperaturii sunt însoțite de scăderea volumului și presiunea crescută în conformitate cu legile care demonstrează modul în care se schimbă cantitățile de gaz, cum ar fi legea ideală a gazelor:PV = nRT. Pentru această lege,Peste presiune,Veste volum,neste numărul de moli ai gazului,Reste constanta legii gazului ideal șiTeste temperatura.

Deși aceste ecuații pot fi adevărate în teorie, în practică inginerii trebuie să țină cont de constrângerile din lumea reală cum ar fi materialul folosit pentru a construi motorul cu combustie și modul în care combustibilul este mult mai lichid decât ar face un gaz pur fi.

Aceste calcule ar trebui să explice modul în care, la motoarele pe benzină, motorul comprimă amestecul combustibil-aer folosind pistoane și bujiile aprind amestecul. În schimb, motoarele diesel comprimă mai întâi aerul înainte de a injecta și aprinde combustibilul.

Mașinile pe benzină sunt mai populare în Statele Unite, în timp ce mașinile diesel reprezintă aproape jumătate din vânzările de mașini din țările europene. Diferențele dintre acestea arată modul în care proprietățile chimice ale benzinei îi conferă calitățile necesare în scopuri de vehicul și inginerie.

Mașinile diesel sunt mai eficiente cu kilometrajul pe autostradă, deoarece motorina are mai multă energie decât combustibilul pe benzină. Motoarele auto pe motorină au, de asemenea, mai mult cuplu sau forță de rotație în motoarele lor, ceea ce înseamnă că aceste motoare pot accelera mai eficient. Când conduceți prin alte zone, cum ar fi orașele, avantajul motorinei este mai puțin semnificativ.

Combustibilul diesel este, de asemenea, mai greu de aprins datorită volatilității sale mai mici, capacității unei substanțe de a se evapora. Cu toate acestea, atunci când este evaporat, este mai ușor să se aprindă, deoarece are o temperatură de autoaprindere mai mică. Benzina, pe de altă parte, necesită o bujie pentru a se aprinde.

În Statele Unite nu există nici o diferență de cost între benzină și motorină. Deoarece combustibilii diesel au un kilometraj mai bun, costul acestora față de kilometri parcurși este mai bun. Inginerii măsoară, de asemenea, puterea producției motoarelor auto folosind cai putere, o măsură a puterii. În timp ce motoarele diesel pot accelera și roti mai ușor decât cele pe benzină, ele au o putere mai mică de cai putere.

Împreună cu eficiența ridicată a combustibilului, motoarele diesel au în mod obișnuit costuri mai mici de combustibil, proprietăți de lubrifiere mai bune, o densitate mai mare de energie în timpul procesului motorului în patru timpi, mai puțină inflamabilitate și capacitatea de a utiliza combustibil biodiesel non-petrol care este mai ecologic prietenos.