Enerji Yoğunluğu Nasıl Hesaplanır

Benzin ve diğer yakıtları bu kadar güçlü yapan nedir? Arabalara güç sağlayan yakıtlar gibi kimyasal karışımların potansiyeli, bu malzemelerin neden olabileceği reaksiyonlardan gelir.

Yakıtlar kullanıldığında bu kimyasal ve fiziksel özellikleri yöneten basit formüller ve denklemler kullanarak bu enerji yoğunluğunu ölçebilirsiniz. Enerji yoğunluğu denklemi, bu güçlü enerjiyi yakıtın kendisine göre ölçmenin bir yolunu verir.

formülüenerji yoğunluğudır-dir

enerji yoğunluğu içinE_d, enerjiEve hacimV. Ayrıca ölçebilirsinizspesifik enerji​ ​E_sgibiE/MHacim yerine kütle için. Spesifik enerji, yakıtların arabalara güç verirken kullandığı mevcut enerji ile enerji yoğunluğundan daha yakından ilişkilidir. Referans tabloları, benzin, kerosen ve dizel yakıtların kömür, metanol ve odundan çok daha yüksek enerji yoğunluklarına sahip olduğunu göstermektedir.

Ne olursa olsun, kimyagerler, fizikçiler ve mühendisler, otomobilleri tasarlarken ve fiziksel özellikler için malzemeleri test ederken hem enerji yoğunluğunu hem de özgül enerjiyi kullanırlar. Bu yoğun şekilde paketlenmiş enerjinin yanmasına bağlı olarak bir yakıtın ne kadar enerji vereceğini belirleyebilirsiniz. Bu, enerji içeriği ile ölçülür.

Bir yakıtın yandığında açığa çıkardığı birim kütle veya hacim başına enerji miktarı, yakıtın enerji içeriğidir. Daha yoğun paketlenmiş yakıtlar, hacim açısından daha yüksek enerji içeriği değerlerine sahipken, daha düşük yoğunluklu yakıtlar genellikle birim kütle başına daha fazla enerji içeriği üretir.

Enerji içeriği, belirli bir gaz hacmi t belirli bir sıcaklık ve basınç için ölçülmelidir. Amerika Birleşik Devletleri'nde, mühendisler ve bilim adamları, enerji içeriğini uluslararası İngiliz ısı birimleri (BtuIT) cinsinden bildirirken, Kanada ve Meksika'da enerji içeriği joule (J) cinsinden bildirilir.

Ayrıca kullanabilirsinkalorienerji içeriğini bildirmek için. Bilim ve mühendislikte enerji içeriğini hesaplamanın daha standart yöntemleri, o malzemenin tek bir gramını gram başına joule (J/g) olarak yaktığınızda üretilen ısı miktarını kullanır.

Gram başına bu joule birimini kullanarak, özgül ısı kapasitesini bildiğinizde belirli bir maddenin sıcaklığını artırarak ne kadar ısı yayıldığını hesaplayabilirsiniz.C_po malzemeden.C_psu miktarı 4,18 J/g°C'dir. Isı için denklemi kullanırsınHgibi

hangisinde∆Tsıcaklıktaki bir değişikliktir ve m, maddenin gram cinsinden kütlesidir.

Bir kimyasal maddenin ilk ve son sıcaklıklarını deneysel olarak ölçerseniz, reaksiyonun verdiği ısıyı belirleyebilirsiniz. Bir kap olarak bir yakıt şişesini ısıtırsanız ve kabın hemen dışındaki boşluktaki sıcaklık değişimini kaydederseniz, verilen ısıyı bu denklemi kullanarak ölçebilirsiniz.

Sıcaklıkları ölçerken, bir sıcaklık probu zamanla sıcaklığı sürekli olarak ölçebilir. Bu size ısı denklemini kullanabileceğiniz geniş bir sıcaklık aralığı verecektir. Ayrıca grafikte birDoğrusal ilişkiBu, sıcaklığın sabit bir oranda verildiğini göstereceğinden, zaman içinde sıcaklık arasında. Bu muhtemelen, ısı denkleminin kullandığı sıcaklık ve ısı arasındaki doğrusal ilişkiyi gösterir.

Daha sonra yakıtın kütlesinin ne kadar değiştiğini ölçerseniz, o kütlede yakıt için nasıl enerji depolandığını belirleyebilirsiniz. Alternatif olarak, bunun uygun enerji yoğunluğu birimleri için ne kadar bir hacim farkı olduğunu ölçebilirsiniz.

olarak bilinen bu yöntem,bomba kalorimetresiyöntemi, size bu yoğunluğu hesaplamak için enerji yoğunluğu formülünü kullanmanın deneysel bir yöntemini verir. Daha rafine yöntemler, kabın duvarlarına kaybedilen ısıyı veya kabın malzemesi yoluyla ısı iletimini hesaba katabilir.

Enerji içeriğini daha yüksek ısıtma değerinin bir varyasyonu olarak da ifade edebilirsiniz (HHV). Bu, bir kütle veya hacim yakıt tarafından oda sıcaklığında (25 °C) yandıktan ve ürünler oda sıcaklığına döndükten sonra açığa çıkan ısı miktarıdır. Bu yöntem, bir malzemenin soğutulması sırasında katılaşma ve katı hal faz dönüşümleri meydana geldiğinde ortaya çıkan entalpi ısısı olan gizli ısıyı açıklar.

Bu yöntem sayesinde, enerji içeriği, baz hacim koşullarında daha yüksek ısıtma değeri ile verilmektedir (HHV_b). Standart veya temel koşullarda, enerji akış hızıq_Hbhacimsel akış hızının ürününe eşittirq_vbve denklemdeki baz hacim koşullarında daha yüksek ısıtma değeri

Bilim adamları ve mühendisler deneysel yöntemlerleHHV_byakıt verimliliği ile ilgili diğer değişkenlerin fonksiyonu olarak nasıl belirlenebileceğini belirlemek için çeşitli yakıtlar için. Standart koşullar 10 °C (273,15 K veya 32 oF) ve 105 paskal (1 bar) olarak tanımlanır.

Bu ampirik sonuçlar göstermiştir ki,HHV_btemel koşullardaki basınca ve sıcaklığa ve ayrıca yakıt veya gazın bileşimine bağlıdır. Buna karşılık, daha düşük ısıtma değeriLHVaynı ölçümdür, ancak nihai yanma ürünlerindeki suyun buhar veya buhar olarak kaldığı noktadadır.

Diğer araştırmalar hesaplayabileceğinizi göstermiştir.HHVyakıtın kendisinin bileşiminden. Bu sana vermeli

her biriyleXkarbon (C), hidrojen (H), kükürt (S), azot (N), oksijen (O) ve kalan kül içeriği için kesirli kütle olarak. Azot ve oksijenin olumsuz etkisi vardır.HHVçünkü diğer elementler ve moleküller gibi ısı salınımına katkıda bulunmazlar.

Biyodizel yakıtlar, diğer daha zararlı yakıtlara alternatif olarak çevre dostu bir yakıt üretme yöntemi sunar. Doğal yağlar, soya fasulyesi özleri ve alglerden üretilirler. Bu yenilenebilir yakıt kaynağı çevreyi daha az kirletir ve genellikle petrol yakıtları (benzin ve dizel yakıtlar) ile karıştırılır. Bu onları, bir yakıtın enerji yoğunluğu ve enerji içeriği gibi miktarları kullanarak ne kadar enerji kullandığını incelemek için ideal adaylar yapar.

Ne yazık ki, enerji içeriği açısından bakıldığında, biyodizel yakıtlar büyük miktarda oksijene sahiptir, bu nedenle kütlelerine göre daha düşük enerji değerleri üretirler (MJ/kg biriminde). Biyodizel yakıtlar yaklaşık yüzde 10 daha düşük kütle enerji içeriğine sahiptir. Örneğin B100, 119.550 Btu/gal enerji içeriğine sahiptir.

Bir yakıtın ne kadar enerji kullandığını ölçmenin bir başka yolu da biyodizel için 4.56 olan enerji dengesidir. Bu, biyodizel yakıtların kullandıkları her birim fosil enerji için 4,56 birim enerji ürettiği anlamına gelir. Dizel ile biyokütle yakıtının bir karışımı olan B20 gibi diğer yakıtlar daha fazla enerji toplar. Bu yakıt, bir galon dizelin enerjisinin yaklaşık yüzde 99'una veya bir galon benzinin enerjisinin yüzde 109'una sahiptir.

Genel olarak biyokütle tarafından yayılan ısının verimliliğini belirlemek için alternatif yöntemler mevcuttur. Biyokütle üzerinde çalışan bilim adamları ve mühendisler, kabı çevreleyen havaya veya suya aktarılan yanmadan salınan ısıyı ölçmek için bomba kalorimetre yöntemini kullanır. Bundan, belirleyebilirsinizHHVbiyokütle için.