Ako merať hustotu benzínu

Meranie hustoty benzínu vám umožní lepšie porozumieť použitiu benzínu na rôzne účely v rôznych typoch motorov.

Hustota kvapaliny je pomer jej hmotnosti k objemu. Hmotu vydelíte jej objemom, aby ste ju vypočítali. Napríklad, ak ste mali 1 gram benzínu, ktorý meria 1,33 cm³ v objeme by hustota bola:

Hustota motorovej nafty v Spojených štátoch závisí od jeho triedy 1D, 2D alebo 4D. 1D palivo je lepšie do chladného počasia, pretože má nižší odpor voči prúdeniu. 2D palivá sú vhodnejšie pre teplejšie vonkajšie teploty. 4D je lepší pre nízkootáčkové motory. Ich hustota je 875 kg / m³, 849 kg / m³ a 959 kg / m³. Európska hustota nafty v kg / m^{3 .}sa pohybuje od 820 do 845.

Hustotu benzínu je možné definovať aj pomocou špecifickej hmotnosti benzínu. Merná hmotnosť je hustota objektu v porovnaní s maximálnou hustotou vody. Maximálna hustota vody je 1 g / ml pri približne 4 ° C. To znamená, že ak poznáte hustotu v g / ml, mala by to byť hodnota špecifickej hmotnosti benzínu.

Tretí spôsob výpočtu hustoty plynu využíva zákon ideálneho plynu:

v ktoromPje tlak,V.je objem, n je počet mólov,Rje ideálna plynová konštanta aTje teplota plynu. Preskupenie tejto rovnice vám poskytnenV = P / RT, v ktorom je ľavá strana pomer medzinaV.​.

Pomocou tejto rovnice môžete vypočítať pomer medzi počtom mólov plynu, ktoré sú k dispozícii v množstve plynu, a objemom. Počet mólov je potom možné prevádzať na hmotnosť pomocou atómovej alebo molekulovej hmotnosti plynných častíc. Pretože táto metóda je určená pre plyny, bude sa benzín v kvapalnej forme od výsledkov tejto rovnice značne líšiť.

Odmerajte odmerný valec pomocou metrickej stupnice. Zaznamenajte toto množstvo v gramoch. Valec naplňte 100 ml benzínu a odvážte ho s váhou v gramoch. Odpočítajte hmotnosť valca od hmotnosti valca, ak obsahuje benzín. To je hmotnosť benzínu. Túto hodnotu vydelte 100 ml, aby ste dosiahli hustotu.

Ak poznáte rovnice pre hustotu, špecifickú hmotnosť a zákon ideálneho plynu, môžete určiť, ako sa hustota mení v závislosti od iných premenných, ako sú teplota, tlak a objem. Vykonaním série meraní týchto veličín môžete zistiť, ako sa hustota líši v dôsledku toho alebo ako hustota sa líši v dôsledku jednej alebo dvoch z týchto troch veličín, zatiaľ čo ostatné množstvá alebo množstvá sú udržiavané konštantný. To je často užitočné pre praktické aplikácie, pri ktorých nepoznáte všetky informácie o každom jednotlivom množstve plynu.

Pamätajte, že rovnice, ako napríklad zákon o ideálnom plyne, môžu teoreticky fungovať, ale v praxi v skutočnosti nezohľadňujú vlastnosť plynov. Zákon o ideálnom plyne nezohľadňuje veľkosť molekúl a medzimolekulové príťažlivosti plynných častíc.

Pretože zákon o ideálnom plyne nezohľadňuje veľkosť častíc plynu, je pri nižších hustotách plynu menej presný. Pri nižších hustotách existuje väčší objem a tlak, takže vzdialenosti medzi plynnými časticami sú oveľa väčšie ako veľkosť častíc. Tým sa veľkosť častíc odchyľuje od teoretických výpočtov.

Medzimolekulové sily medzi plynnými časticami popisujú sily spôsobené rozdielmi v náboji a štruktúre medzi silami. Tieto sily zahŕňajú disperzné sily, sily medzi dipólmi alebo nábojmi atómov medzi plynnými časticami. Spôsobujú ich elektrónové náboje atómov v závislosti od toho, ako častice interagujú s okolitým prostredím medzi nabitými časticami, ako sú vzácne plyny.

Dipól-dipólové sily sú na druhej strane permanentnými nábojmi atómov a molekúl, ktoré sa používajú medzi polárnymi molekulami, ako je formaldehyd. Napokon vodíkové väzby popisujú veľmi špecifický prípad síl dipólu a dipólu, v ktorých sú molekuly vodíka viazané na kyslík, dusík, alebo fluór, ktoré sú z dôvodu rozdielu v polarite medzi atómami najsilnejšie z týchto síl a spôsobujú vlastnosti voda.

Ako experimentálny spôsob merania hustoty použite hustomer. Hustomer je zariadenie, ktoré na meranie špecifickej hmotnosti využíva princíp Archimeda. Tento princíp platí, že predmet plávajúci v kvapaline vytlačí také množstvo vody, ktoré sa rovná hmotnosti predmetu. Merná stupnica na bočnej strane hustomeru poskytne mernú hmotnosť kvapaliny.

Naplňte priehľadnú nádobu benzínom a opatrne umiestnite hustomer na povrch benzínu. Pootočením hustomeru uvoľnite všetky vzduchové bubliny a nechajte stabilizovať polohu hustomeru na povrchu benzínu. Je nevyhnutné, aby sa vzduchové bubliny odstránili, pretože zvyšujú vztlak hustomeru.

Pozerajte sa na hustomer tak, aby povrch benzínu bol vo výške očí. Zaznamenajte hodnotu spojenú so značkou na úrovni povrchu benzínu. Budete musieť zaznamenať teplotu benzínu, pretože špecifická hmotnosť kvapaliny sa mení s teplotou. Analyzujte nameranú hustotu.

Benzín má špecifickú hmotnosť medzi 0,71 a 0,77, v závislosti od jeho presného zloženia. Aromatické zlúčeniny sú menej husté ako alifatické zlúčeniny, takže špecifická hmotnosť benzínu môže naznačovať relatívny podiel týchto zlúčenín v benzíne.

Aký je rozdiel medzi naftou a benzínom? Benzíny sa zvyčajne vyrábajú z uhľovodíkov, čo sú reťazce uhlíkov reťazovo spojené s vodíkovými iónmi, ktorých dĺžka je od štyroch do 12 atómov uhlíka na molekulu.

Palivo používané v benzínových motoroch obsahuje aj určité množstvo alkánov (nasýtené uhľovodíky, to znamená, že obsahujú maximálne množstvo vodíka) atómy), cykloalkány (molekuly uhľovodíkov usporiadané do kruhových útvarov podobných kruhu) a alkény (nenasýtené uhľovodíky, ktoré majú dlhopisy).

Nafta používa uhľovodíkové reťazce, ktoré majú vyšší počet atómov uhlíka, v priemere 12 atómov uhlíka na molekulu. Tieto väčšie molekuly zvyšujú teplotu odparovania a tým, ako pred vznietením vyžaduje viac energie z kompresie.

Nafta vyrobená z ropy má tiež cykloalkány, ako aj variácie benzénových kruhov s alkylovými skupinami. Benzénové kruhy sú šesťuholníkové štruktúry so šiestimi atómami uhlíka a alkylové skupiny sú predĺžené reťazce uhlík-vodík, ktoré sa rozvetvujú od molekúl, ako sú benzénové kruhy.

Nafta využíva zapálenie paliva na pohyb valcovitej komory, ktorá vykonáva kompresiu, ktorá generuje energiu v automobiloch. Valec sa stláča a rozpína ​​sa v priebehu krokov procesu štvortaktného motora. Naftové aj benzínové motory fungujú pomocou štvortaktného motora, ktorý zahŕňa nasávanie, kompresiu, spaľovanie a výfuk.

1. Počas kroku nasávania sa piest pohybuje z hornej časti kompresnej komory do spodnej časti tak, aby sa pohyboval ťahá zmes vzduchu a paliva do valca pomocou tlakového rozdielu generovaného týmto tlakom procesu. Ventil zostáva počas tohto kroku otvorený tak, aby zmes voľne pretekala.
2. Ďalej, v priebehu kompresného kroku, piest stláča zmes sama o sebe, zvyšuje tlak a generuje potenciálnu energiu. Ventily sú uzavreté tak, že zmes zostáva vo vnútri komory. To spôsobí zahriatie obsahu valca. Naftové motory používajú viac kompresie obsahu valcov ako benzínové motory.
3. Krok spaľovania zahŕňa otáčanie kľukového hriadeľa prostredníctvom mechanickej energie z motora. Pri takej vysokej teplote je táto chemická reakcia spontánna a nevyžaduje vonkajšiu energiu. Zmes zapáli sviečka alebo teplo kroku kompresie.
4. Nakoniec výfukový krok zahrnuje pohyb piestu späť hore, keď je výfukový ventil otvorený, takže sa proces môže opakovať. Výfukový ventil umožňuje motoru odstrániť zapálené palivo, ktoré použil.

Benzínové a naftové motory používajú na výrobu chemickej energie, ktorá sa mení na mechanickú energiu, spaľovanie. Chemická energia spaľovania u benzínových motorov alebo kompresia vzduchu v naftových motoroch sa mení na mechanickú energiu, ktorá pohybuje piestom motora. Tento pohyb piestu rôznymi zdvihmi vytvára sily, ktoré poháňajú samotný motor.

Benzínové motory alebo benzínové motory používajú proces zážihového zapaľovania na zapálenie zmesi vzduchu a paliva a vytvárajú chemickú potenciálnu energiu, ktorá sa v priebehu krokov motora mení na mechanickú energiu procesu.

Inžinieri a vedci hľadajú palivovo efektívne metódy vykonávania týchto krokov a reakcií na ne šetriť čo najviac energie pri zachovaní účinnosti na účely benzínu motorov. Naftové motory alebo vznetové motory (ďalej len „motory CI“) naopak využívajú spaľovanie, pri ktorom v spaľovacej komore sa nachádza zapálenie paliva spôsobené vysokými teplotami pri stlačení paliva.

Tieto zvýšenia teploty sú sprevádzané zníženým objemom a zvýšeným tlakom v súlade so zákonmi, ktoré ukazujú, ako sa menia množstvá plynu, ako napríklad zákon ideálneho plynu:PV = nRT. Pre tento zákonPje tlak,V.je objem,nje počet mólov plynu,Rje konštanta zákona o ideálnom plyne aTje teplota.

Aj keď tieto rovnice môžu byť teoreticky pravdivé, v praxi musia inžinieri brať do úvahy obmedzenia reálneho sveta ako je materiál použitý na výrobu spaľovacieho motora a to, ako je palivo oveľa tekutejšie, ako by to bolo v prípade čistého plynu byť.

Tieto výpočty by mali zohľadňovať to, ako v benzínových motoroch motor stláča zmes paliva a vzduchu pomocou piestov a sviečky zapaľujú túto zmes. Naftové motory naproti tomu pred vstreknutím a zapálením paliva najskôr stlačia vzduch.

Benzínové automobily sú v USA populárnejšie, zatiaľ čo naftové automobily tvoria takmer polovicu celkového predaja automobilov v európskych krajinách. Rozdiely medzi nimi ukazujú, ako mu chemické vlastnosti benzínu dodávajú vlastnosti potrebné pre automobilové a technické účely.

Dieselové automobily sú efektívnejšie s najazdenými kilometrami na diaľnici, pretože nafta má viac energie ako benzínové palivo. Automobilové motory na naftu majú vo svojich motoroch tiež vyšší krútiaci moment alebo rotačnú silu, čo znamená, že tieto motory môžu efektívnejšie akcelerovať. Pri jazde v iných oblastiach, napríklad v mestách, je výhoda nafty menej významná.

Nafta je tiež zvyčajne ťažšie zápalná kvôli svojej nižšej prchavosti, schopnosti látky odparovať sa. Po odparení sa však ľahšie vznieti, pretože má nižšiu teplotu samovznietenia. Na druhej strane benzín vyžaduje na zapálenie sviečku.

V USA nie je takmer žiadny rozdiel v nákladoch. Pretože motorová nafta má lepší najazdených kilometrov, ich cena vzhľadom na počet najazdených kilometrov je lepšia. Inžinieri tiež merajú výkon automobilových motorov pomocou výkonu, ktorý je mierou výkonu. Aj keď naftové motory môžu akcelerovať a otáčať sa ľahšie ako benzínové motory, majú nižší výkon.

Spolu s vysokou palivovou účinnosťou majú dieselové motory zvyčajne nižšie náklady na palivo, lepšie mazacie vlastnosti a väčšiu hustotu energie počas procesu štvortaktného motora nižšia horľavosť a schopnosť používať bionaftu iné ako ropné palivo, ktoré je ekologickejšie priateľský.