วิธีการวัดความหนาแน่นของน้ำมันเบนซิน

การวัดความหนาแน่นของน้ำมันเบนซินจะช่วยให้คุณเข้าใจการใช้น้ำมันเบนซินเพื่อวัตถุประสงค์ต่างๆ ในเครื่องยนต์ประเภทต่างๆ ได้ดีขึ้น

ความหนาแน่นของของเหลวคืออัตราส่วนของมวลต่อปริมาตร หารมวลด้วยปริมาตรเพื่อคำนวณ ตัวอย่างเช่น หากคุณมีน้ำมันเบนซิน 1 กรัมที่มีขนาด 1.33 ซม.³ ในปริมาตร ความหนาแน่นจะเป็น:

ความหนาแน่นของน้ำมันดีเซลในสหรัฐอเมริกาขึ้นอยู่กับระดับ 1D, 2D หรือ 4D เชื้อเพลิง 1D จะดีกว่าสำหรับสภาพอากาศหนาวเย็นเพราะมีความต้านทานการไหลต่ำกว่า เชื้อเพลิง 2 มิติจะดีกว่าสำหรับอุณหภูมิภายนอกที่อุ่นขึ้น 4D ดีกว่าสำหรับเครื่องยนต์ความเร็วต่ำ ความหนาแน่นตามลำดับคือ 875 กก./ลบ.ม³, 849 กก./ลบ.ม³ และ 959 กก./ลบ.ม³. ความหนาแน่นของน้ำมันดีเซลในยุโรปในหน่วย kg/m^{3 .}มีตั้งแต่ 820 ถึง 845

ความหนาแน่นของน้ำมันเบนซินสามารถกำหนดได้โดยใช้ความถ่วงจำเพาะของน้ำมันเบนซิน ความถ่วงจำเพาะคือความหนาแน่นของวัตถุเมื่อเทียบกับความหนาแน่นสูงสุดของน้ำ ความหนาแน่นของน้ำสูงสุดคือ 1 g/ml ที่อุณหภูมิประมาณ 4°C ซึ่งหมายความว่า ถ้าคุณทราบความหนาแน่นเป็นกรัม/มล. ค่านั้นควรเป็นความถ่วงจำเพาะของน้ำมันเบนซิน

วิธีที่สามในการคำนวณความหนาแน่นของแก๊สใช้กฎของแก๊สในอุดมคติ:

ซึ่งในพีคือความกดดันวีคือปริมาตร n คือจำนวนโมลRเป็นค่าคงที่แก๊สในอุดมคติและตู่คือ อุณหภูมิของแก๊ส การจัดเรียงสมการใหม่จะช่วยให้คุณ givesnV = P/RTโดยที่ด้านซ้ายมือเป็นอัตราส่วนระหว่างนและวี​.

เมื่อใช้สมการนี้ คุณจะคำนวณอัตราส่วนระหว่างจำนวนโมลของก๊าซที่มีอยู่ในปริมาณก๊าซและปริมาตรได้ จากนั้นจำนวนโมลสามารถแปลงเป็นมวลโดยใช้น้ำหนักอะตอมหรือน้ำหนักโมเลกุลของอนุภาคก๊าซ เนื่องจากวิธีนี้ใช้สำหรับแก๊ส น้ำมันเบนซินในรูปของเหลวจะเบี่ยงเบนไปจากผลลัพธ์ของสมการนี้มาก

ชั่งน้ำหนักทรงกระบอกที่มีระดับโดยใช้มาตราส่วนเมตริก บันทึกจำนวนนี้เป็นกรัม เติมน้ำมันเบนซิน 100 มล. ในกระบอกสูบแล้วชั่งเป็นกรัมด้วยสเกล ลบมวลของกระบอกสูบออกจากมวลของกระบอกสูบเมื่อมีน้ำมันเบนซิน นี่คือมวลของน้ำมันเบนซิน หารตัวเลขนี้ด้วยปริมาตร 100 มล. เพื่อให้ได้ความหนาแน่น

เมื่อทราบสมการความหนาแน่น ความถ่วงจำเพาะ และกฎของแก๊สในอุดมคติแล้ว คุณสามารถกำหนดได้ว่าความหนาแน่นจะแปรผันตามฟังก์ชันของตัวแปรอื่นๆ เช่น อุณหภูมิ ความดัน และปริมาตรอย่างไร การทำชุดการวัดปริมาณเหล่านี้ช่วยให้คุณพบวิธีที่ความหนาแน่นแตกต่างกันไปตามผลลัพธ์หรือวิธีการ ความหนาแน่นแตกต่างกันไปตามผลของปริมาณหนึ่งหรือสองในสามปริมาณนี้ในขณะที่ปริมาณหรือปริมาณอื่น ๆ จะถูกเก็บไว้ ค่าคงที่ ซึ่งมักจะสะดวกสำหรับการใช้งานจริง โดยที่คุณไม่รู้ข้อมูลทั้งหมดเกี่ยวกับปริมาณก๊าซแต่ละชนิด

พึงระลึกไว้เสมอว่าสมการอย่างเช่น กฎของแก๊สในอุดมคติอาจใช้ได้ผลในทางทฤษฎี แต่ในทางปฏิบัติ สมการเหล่านี้ไม่ได้คำนึงถึงความเหมาะสมของก๊าซในทางปฏิบัติ กฎของแก๊สในอุดมคติไม่ได้คำนึงถึงขนาดโมเลกุลและแรงดึงดูดระหว่างโมเลกุลของอนุภาคแก๊ส

เนื่องจากกฎของแก๊สในอุดมคติไม่ได้คำนึงถึงขนาดของอนุภาคก๊าซ จึงมีความแม่นยำน้อยกว่าที่ความหนาแน่นต่ำกว่าของก๊าซ ที่ความหนาแน่นต่ำกว่า จะมีปริมาตรและความดันที่มากกว่า ซึ่งระยะห่างระหว่างอนุภาคก๊าซจะมีขนาดใหญ่กว่าขนาดอนุภาคมาก ทำให้ขนาดอนุภาคเบี่ยงเบนไปจากการคำนวณทางทฤษฎีน้อยลง

แรงระหว่างโมเลกุลระหว่างอนุภาคก๊าซอธิบายถึงแรงที่เกิดจากความแตกต่างของประจุและโครงสร้างระหว่างแรง แรงเหล่านี้รวมถึงแรงกระจาย แรงระหว่างไดโพล หรือประจุของอะตอมในอนุภาคก๊าซ สิ่งเหล่านี้เกิดจากประจุอิเล็กตรอนของอะตอมขึ้นอยู่กับว่าอนุภาคมีปฏิสัมพันธ์กับสิ่งแวดล้อมอย่างไรท่ามกลางอนุภาคที่ไม่มีประจุเช่นก๊าซมีตระกูล

ในทางกลับกัน แรงไดโพล-ไดโพลเป็นประจุถาวรของอะตอมและโมเลกุลที่ใช้กับโมเลกุลที่มีขั้ว เช่น ฟอร์มาลดีไฮด์ สุดท้าย พันธะไฮโดรเจนอธิบายกรณีเฉพาะของแรงไดโพล-ไดโพล ซึ่งโมเลกุลมีไฮโดรเจนถูกพันธะกับออกซิเจน ไนโตรเจน หรือฟลูออรีนซึ่งเนื่องจากความแตกต่างของขั้วระหว่างอะตอมเป็นแรงที่แรงที่สุดเหล่านี้และก่อให้เกิดคุณสมบัติของ น้ำ.

ใช้ไฮโดรมิเตอร์เป็นวิธีการวัดความหนาแน่นในการทดลอง ไฮโดรมิเตอร์เป็นอุปกรณ์ที่ใช้หลักการของอาร์คิมิดีสในการวัดความถ่วงจำเพาะ หลักการนี้ถือได้ว่าวัตถุที่ลอยอยู่ในของเหลวจะแทนที่ปริมาณน้ำที่เท่ากับน้ำหนักของวัตถุ มาตราส่วนที่วัดได้ที่ด้านข้างของไฮโดรมิเตอร์จะให้ความถ่วงจำเพาะของของเหลว

เติมน้ำมันเบนซินลงในภาชนะใสแล้ววางไฮโดรมิเตอร์อย่างระมัดระวังบนพื้นผิวของน้ำมันเบนซิน หมุนไฮโดรมิเตอร์เพื่อไล่ฟองอากาศทั้งหมดและปล่อยให้ตำแหน่งของไฮโดรมิเตอร์บนพื้นผิวของน้ำมันเบนซินมีเสถียรภาพ จำเป็นต้องกำจัดฟองอากาศออกเนื่องจากจะเพิ่มความลอยตัวของไฮโดรมิเตอร์

ดูไฮโดรมิเตอร์เพื่อให้พื้นผิวของน้ำมันเบนซินอยู่ในระดับสายตา บันทึกค่าที่เกี่ยวข้องกับการทำเครื่องหมายที่ระดับพื้นผิวของน้ำมันเบนซิน คุณจะต้องบันทึกอุณหภูมิของน้ำมันเบนซิน เนื่องจากความถ่วงจำเพาะของของเหลวจะแปรผันตามอุณหภูมิ วิเคราะห์การอ่านค่าความถ่วงจำเพาะ

น้ำมันเบนซินมีความถ่วงจำเพาะระหว่าง 0.71 ถึง 0.77 ขึ้นอยู่กับองค์ประกอบที่แม่นยำ สารประกอบอะโรมาติกมีความหนาแน่นน้อยกว่าสารประกอบอะลิฟาติก ดังนั้นความถ่วงจำเพาะของน้ำมันเบนซินสามารถระบุสัดส่วนสัมพัทธ์ของสารประกอบเหล่านี้ในน้ำมันเบนซิน

ดีเซล กับ เบนซิน ต่างกันอย่างไร? น้ำมันเบนซินโดยทั่วไปประกอบด้วยไฮโดรคาร์บอน ซึ่งเป็นสายของคาร์บอนที่ถูกล่ามโซ่ไว้กับไฮโดรเจนไอออน ซึ่งมีความยาวตั้งแต่ 4 ถึง 12 อะตอมต่อโมเลกุล

เชื้อเพลิงที่ใช้ในเครื่องยนต์เบนซินยังมีปริมาณอัลเคน (ไฮโดรคาร์บอนอิ่มตัว ซึ่งหมายความว่ามีปริมาณไฮโดรเจนสูงสุด อะตอม), ไซโคลอัลเคน (โมเลกุลไฮโดรคาร์บอนที่เรียงตัวเป็นรูปวงแหวนคล้ายวงกลม) และอัลคีน (ไฮโดรคาร์บอนไม่อิ่มตัวที่มี พันธบัตร)

เชื้อเพลิงดีเซลใช้สายโซ่ไฮโดรคาร์บอนที่มีจำนวนอะตอมของคาร์บอนมากกว่า โดยเฉลี่ยอยู่ที่ 12 อะตอมของคาร์บอนต่อโมเลกุล โมเลกุลที่ใหญ่กว่าเหล่านี้จะเพิ่มอุณหภูมิการระเหยและต้องการพลังงานมากขึ้นจากการอัดก่อนที่จะจุดไฟ

ดีเซลที่ผลิตจากปิโตรเลียมยังมีไซโคลอัลเคนและวงแหวนเบนซีนที่มีหมู่อัลคิลหลากหลายรูปแบบ วงแหวนเบนซีนเป็นโครงสร้างคล้ายหกเหลี่ยมที่มีอะตอมของคาร์บอน 6 อะตอมแต่ละกลุ่ม และกลุ่มอัลคิลเป็นสายโซ่คาร์บอน-ไฮโดรเจนที่ขยายออกซึ่งแตกแขนงออกจากโมเลกุล เช่น วงแหวนเบนซีน

เชื้อเพลิงดีเซลใช้การจุดระเบิดของเชื้อเพลิงเพื่อเคลื่อนย้ายห้องรูปทรงกระบอกซึ่งทำหน้าที่อัดซึ่งสร้างพลังงานในรถยนต์ กระบอกสูบจะบีบอัดและขยายตามขั้นตอนของกระบวนการเครื่องยนต์สี่จังหวะ เครื่องยนต์ดีเซลและเบนซิน ทั้งสองทำงานโดยใช้กระบวนการเครื่องยนต์สี่จังหวะที่เกี่ยวข้องกับการบริโภค การบีบอัด การเผาไหม้ และไอเสีย

1. ระหว่างขั้นตอนไอดี ลูกสูบจะเคลื่อนจากด้านบนของห้องอัดไปที่ด้านล่างเพื่อให้มัน ดึงส่วนผสมของอากาศและเชื้อเพลิงเข้าสู่กระบอกสูบโดยใช้ความแตกต่างของแรงดันที่เกิดขึ้นจากสิ่งนี้ กระบวนการ. วาล์วยังคงเปิดอยู่ในระหว่างขั้นตอนนี้เพื่อให้ส่วนผสมไหลผ่านได้อย่างอิสระ
2. ถัดไป ในระหว่างขั้นตอนการอัด ลูกสูบจะกดส่วนผสมในตัวเอง เพิ่มแรงดันและสร้างพลังงานศักย์ ปิดวาล์วเพื่อให้ส่วนผสมยังคงอยู่ภายในห้องเพาะเลี้ยง ทำให้เนื้อหาในกระบอกสูบเกิดความร้อน เครื่องยนต์ดีเซลใช้กำลังอัดของกระบอกสูบมากกว่าเครื่องยนต์เบนซิน
3. ขั้นตอนการเผาไหม้เกี่ยวข้องกับการหมุนเพลาข้อเหวี่ยงผ่านพลังงานกลจากเครื่องยนต์ ด้วยอุณหภูมิสูงเช่นนี้ ปฏิกิริยาเคมีจะเกิดขึ้นเองตามธรรมชาติและไม่ต้องการพลังงานจากภายนอก หัวเทียนหรือความร้อนของขั้นตอนการบีบอัดจะจุดประกายส่วนผสม
4. ขั้นสุดท้าย ขั้นตอนการไอเสียเกี่ยวข้องกับลูกสูบที่เคลื่อนกลับไปที่ด้านบนโดยที่วาล์วไอเสียเปิดอยู่เพื่อให้กระบวนการทำซ้ำได้ วาล์วไอเสียช่วยให้เครื่องยนต์สามารถขจัดน้ำมันเชื้อเพลิงที่ติดไฟได้

เครื่องยนต์เบนซินและดีเซลใช้การเผาไหม้ภายในเพื่อสร้างพลังงานเคมีที่แปลงเป็นพลังงานกล พลังงานเคมีของการเผาไหม้สำหรับเครื่องยนต์เบนซินหรือการอัดอากาศในเครื่องยนต์ดีเซลจะถูกแปลงเป็นพลังงานกลที่เคลื่อนลูกสูบของเครื่องยนต์ การเคลื่อนที่ของลูกสูบผ่านจังหวะต่างๆ จะสร้างแรงที่ส่งกำลังให้กับเครื่องยนต์เอง

เครื่องยนต์เบนซินหรือเครื่องยนต์เบนซินใช้กระบวนการจุดประกายไฟเพื่อจุดประกายส่วนผสมของอากาศและเชื้อเพลิงและ สร้างพลังงานศักย์เคมีที่แปลงเป็นพลังงานกลระหว่างขั้นตอนของเครื่องยนต์ กระบวนการ.

วิศวกรและนักวิจัยมองหาวิธีการประหยัดเชื้อเพลิงในการทำตามขั้นตอนเหล่านี้และปฏิกิริยาต่อ ประหยัดพลังงานให้มากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ในขณะที่ยังคงมีประสิทธิภาพตามวัตถุประสงค์ของน้ำมันเบนซิน เครื่องยนต์ เครื่องยนต์ดีเซลหรือการจุดระเบิดด้วยการอัด ("เครื่องยนต์ CI") ใช้การเผาไหม้ภายในซึ่ง ห้องเผาไหม้มีการเผาไหม้เชื้อเพลิงที่เกิดจากอุณหภูมิสูงเมื่อเชื้อเพลิงถูกบีบอัด

อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นเหล่านี้มาพร้อมกับปริมาตรที่ลดลงและความดันที่เพิ่มขึ้นตามกฎหมายที่แสดงให้เห็นว่าปริมาณก๊าซเปลี่ยนแปลงไปอย่างไร เช่น กฎของแก๊สในอุดมคติ:PV = nRT. สำหรับกฎหมายฉบับนี้พีคือความกดดันวีคือปริมาณนคือจำนวนโมลของแก๊สRเป็นค่าคงที่กฎแก๊สอุดมคติและตู่คืออุณหภูมิ

แม้ว่าสมการเหล่านี้อาจเป็นจริงในทางทฤษฎี แต่ในทางปฏิบัติ วิศวกรต้องคำนึงถึงข้อจำกัดในโลกแห่งความเป็นจริงด้วย เช่น วัสดุที่ใช้สร้างเครื่องยนต์สันดาป และเชื้อเพลิงมีสภาพคล่องมากกว่าก๊าซบริสุทธิ์อย่างไร เป็น

การคำนวณเหล่านี้ควรคำนึงถึงว่าในเครื่องยนต์เบนซิน เครื่องยนต์บีบอัดส่วนผสมของเชื้อเพลิงและอากาศโดยใช้ลูกสูบและหัวเทียนจุดประกายส่วนผสม ในทางกลับกัน เครื่องยนต์ดีเซลจะบีบอัดอากาศก่อนทำการฉีดและจุดเชื้อเพลิง

รถยนต์เบนซินได้รับความนิยมมากกว่าในสหรัฐอเมริกา ในขณะที่รถยนต์ดีเซลมีสัดส่วนเกือบครึ่งหนึ่งของยอดขายรถยนต์ทั้งหมดในประเทศแถบยุโรป ความแตกต่างระหว่างคุณสมบัติเหล่านี้แสดงให้เห็นว่าคุณสมบัติทางเคมีของน้ำมันเบนซินมีคุณสมบัติที่จำเป็นสำหรับวัตถุประสงค์ด้านยานยนต์และวิศวกรรมอย่างไร

รถยนต์ดีเซลมีประสิทธิภาพมากกว่าด้วยระยะทางบนทางหลวงเพราะน้ำมันดีเซลมีพลังงานมากกว่าน้ำมันเบนซิน เครื่องยนต์ของรถยนต์ที่ใช้น้ำมันดีเซลยังมีแรงบิดหรือแรงในการหมุนที่มากกว่าในเครื่องยนต์ ซึ่งหมายความว่าเครื่องยนต์เหล่านี้สามารถเร่งความเร็วได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น เมื่อขับผ่านพื้นที่อื่นๆ เช่น เมือง ความได้เปรียบของดีเซลนั้นมีความสำคัญน้อยกว่า

โดยทั่วไปแล้ว เชื้อเพลิงดีเซลยังติดไฟได้ยากกว่า เนื่องจากมีความผันผวนที่ต่ำกว่า ความสามารถของสารในการระเหย อย่างไรก็ตาม เมื่อระเหยแล้วจะติดไฟได้ง่ายกว่าเพราะมีอุณหภูมิในการจุดติดไฟเองที่ต่ำกว่า ในทางกลับกัน น้ำมันเบนซินต้องใช้หัวเทียนในการจุดไฟ

แทบไม่มีความแตกต่างด้านต้นทุนระหว่างน้ำมันเบนซินและดีเซลในสหรัฐอเมริกา เนื่องจากน้ำมันดีเซลมีระยะทางที่ดีกว่า ค่าใช้จ่ายเมื่อเทียบกับระยะทางที่ขับดีกว่า วิศวกรยังวัดกำลังขับของเครื่องยนต์รถยนต์โดยใช้แรงม้าซึ่งเป็นหน่วยวัดกำลัง แม้ว่าเครื่องยนต์ดีเซลอาจเร่งความเร็วและหมุนได้ง่ายกว่าเครื่องยนต์เบนซิน แต่ก็มีกำลังแรงม้าที่ต่ำกว่า

นอกจากประสิทธิภาพการใช้เชื้อเพลิงที่สูงแล้ว เครื่องยนต์ดีเซลยังมีต้นทุนเชื้อเพลิงที่ต่ำกว่า คุณสมบัติการหล่อลื่นที่ดีขึ้น ความหนาแน่นของพลังงานที่มากขึ้น ระหว่างกระบวนการเครื่องยนต์ 4 จังหวะ การติดไฟน้อย และความสามารถในการใช้เชื้อเพลิงไบโอดีเซลที่ไม่ใช่ปิโตรเลียมที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมมากกว่า เป็นมิตร