Како израчунати густину енергије

Шта чини бензин и друга горива толико моћним? Потенцијал хемијских смеша попут горива које покрећу аутомобили потиче од реакција које су ови материјали у стању да изазову.

Ову густину енергије можете измерити помоћу једноставних формула и једначина које управљају овим хемијским и физичким својствима када се горива користе. Једначина густине енергије даје начин мерења ове моћне енергије у односу на само гориво.

Формула загустина енергијеје

за густину енергијеЕ._д, енергијаЕ.и запреминеВ.. Такође можете измеритиспецифична енергија​ ​Е._скао штоЕ / Мза масу уместо запремину. Специфична енергија је у уској корелацији са расположивом енергијом коју горива користе за напајање аутомобила него што је густина енергије. Референтне табеле показују да бензин, керозин и дизел гориво имају много већу густину енергије од угља, метанола и дрвета.

Без обзира на то, хемичари, физичари и инжењери користе и густину енергије и специфичну енергију приликом дизајнирања аутомобила и испитивања материјала за физичка својства. Можете одредити колико ће енергије дати гориво на основу сагоревања ове густо упаковане енергије. Ово се мери кроз садржај енергије.

Количина енергије по јединици масе или запремине коју гориво одаје при сагоревању је енергетски садржај горива. Док гушће упакована горива имају веће вредности енергетског садржаја у смислу запремине, горива ниже густине углавном производе више енергетског садржаја по јединици масе.

Садржај енергије мора се мерити за дату запремину гаса т одређену температуру и притисак. У Сједињеним Државама инжењери и научници извештавају о енергетском садржају у међународним британским термичким јединицама (БтуИТ), док се у Канади и Мексику енергетски садржај пријављује у џулима (Ј).

Такође можете користитикалоријада пријави енергетски садржај. Стандардније методе израчунавања садржаја енергије у науци и инжењерству користе количину топлоте која се произведе када сагорете један грам тог материјала у џулима по граму (Ј / г).

Користећи ову јединицу џула по граму, можете израчунати колико топлоте одаје повећавајући температуру одређене супстанце када знате специфични топлотни капацитетЦ._стртог материјала. ТхеЦ._стрводе износи 4,18 Ј / г ° Ц. Једначину користите за топлотуХ.као што

у којима∆Тје промена температуре, а м маса супстанце у грамима.

Ако експериментално измерите почетну и крајњу температуру хемијског материјала, можете одредити топлоту коју одаје реакција. Ако бисте загрејали боцу горива као контејнер и забележили промену температуре у простору непосредно изван посуде, можете да измерите топлоту која се даје помоћу ове једначине.

Приликом мерења температуре, температурна сонда може континуирано мерити температуру током времена. Ово ће вам пружити широк опсег температура за које можете користити једначину топлоте. Такође треба тражити места на графикону која показују алинеарни односизмеђу температуре током времена, јер би то показало да се температура одаје константном брзином. Ово вероватно указује на линеарни однос између температуре и топлоте који користи једначина топлоте.

Затим, ако измерите колико се маса горива променила, можете утврдити како је енергија била ускладиштена у тој количини масе за гориво. Можете и да измерите колика је запреминска разлика за одговарајуће јединице густине енергије.

Ова метода, позната каокалориметар бомбеметода, даје вам експериментални метод коришћења формуле енергетске густине за израчунавање ове густине. Префињеније методе могу узети у обзир топлоту изгубљену на зидовима саме посуде или проводјење топлоте кроз материјал посуде.

Такође можете изразити енергетски садржај као варијацију веће грејне вредности (ХХВ). Ово је количина топлоте која се ослобађа на собној температури (25 ° Ц) масом или запремином горива након сагоревања и производи се враћају на собну температуру. Овом методом се узима у обзир латентна топлота, енталпијска топлота која настаје када се током хлађења материјала догоди очвршћавање и фазне трансформације у чврстом стању.

Кроз ову методу, енергетски садржај се даје већом вредношћу грејања у основним условима запремине (ХХВ_б). У стандардним или основним условима, брзина протока енергијек_Хбједнак је умношку запреминског протокак_вби већу вредност грејања у основним условима запремине у једначини

Кроз експерименталне методе, научници и инжењери су проучавалиХХВ_бза различита горива како би се утврдило како се то може одредити у зависности од осталих променљивих које се односе на ефикасност горива. Стандардни услови су дефинисани као 10 ° Ц (273,15 К или 32 оФ) и 105 паскала (1 бар).

Ови емпиријски резултати су то показалиХХВ_бзависи од притиска и температуре у основним условима као и од састава горива или гаса. Насупрот томе, нижа грејна вредностЛХВје исто мерење, али на месту на којем вода у коначним продуктима сагоревања остаје као пара или пара.

Друга истраживања су показала да можете израчунатиХХВод самог састава горива. Ово би требало да вам да

са свакимИкскао фракциона маса угљеника (Ц), водоника (Х), сумпора (С), азота (Н), кисеоника (О) и преосталог садржаја пепела. Азот и кисеоник негативно делују наХХВјер не доприносе ослобађању топлоте као што то чине други елементи и молекули.

Биодизелска горива нуде еколошки прихватљив метод производње горива као алтернативу другим, штетнијим горивима. Створени су од природних уља, екстраката соје и алги. Овај обновљиви извор горива резултира мањим загађењем животне средине и они се обично мешају са нафтним горивима (бензин и дизел гориво). То их чини идеалним кандидатима за проучавање колико енергије гориво користи користећи количине попут густине енергије и садржаја енергије.

Нажалост, из перспективе енергетског садржаја, биодизелска горива имају велику количину кисеоника, па производе ниже енергетске вредности с обзиром на своју масу (у јединицама МЈ / кг). Биодизелска горива имају око 10 процената нижи масени садржај енергије. На пример, Б100 има енергетски садржај 119.550 Бту / гал.

Други начин мерења колико енергије гориво користи је енергетски биланс који за биодизел износи 4,56. То значи да биодизелска горива производе 4,56 јединица енергије за сваку јединицу фосилне енергије коју користе. Остала горива пакују више енергије, попут Б20, мешавине дизела и горива из биомасе. Ово гориво има око 99 процената енергије једног галона дизела или 109 процената енергије једног галона бензина.

Постоје алтернативне методе за одређивање ефикасности топлоте коју одаје биомаса уопште. Научници и инжењери који проучавају биомасу користе методу калориметра бомбе за мерење топлоте ослобођене сагоревањем која се преноси у ваздух или воду која окружује контејнер. Из овога можете одредитиХХВза биомасу.