Vsebina
- Formula gostote energije
- Enote gostote energije
- Izračun vsebnosti energije
- Kalorimeter bombe
- Vsebnost energije z večjo ogrevalno vrednostjo
- Gostota energije biodizla
Kaj naredi bencin in druga goriva tako močna? Potencial kemičnih zmesi, kot so goriva, ki jih avtomobili z električno energijo izhajajo iz reakcij, ki jih ti materiali lahko povzročijo.
To gostoto energije lahko izmerite z neposrednimi formulami in enačbami, ki urejajo te kemijske in fizikalne lastnosti, ko se goriva uporabljajo. Enačba gostote energije daje način merjenja te močne energije glede na samo gorivo.
Formula gostote energije
Formula za gostota energije je Ed = E / V za gostoto energije Ed, energija E in prostornino V. Merite lahko tudi specifična energija Es kot E / M za maso namesto prostornine. Specifična energija je tesneje povezana z razpoložljivo energijo, ki jo goriva porabijo za pogon avtomobilov, kot je gostota energije. Referenčne tabele kažejo, da imajo bencin, kerozin in dizelsko gorivo veliko večje gostote energije kot premog, metanol in les.
Kemiki, fiziki in inženirji ne glede na to uporabljajo tako gostoto energije kot specifično energijo pri načrtovanju avtomobilov in preskušanju materialov na fizikalne lastnosti. Na podlagi izgorevanja te gosto napolnjene energije lahko določite, koliko energije bo oddajalo gorivo. To se meri z vsebnostjo energije.
Količina energije na enoto mase ali prostornine, ki jo gorivo oddaja med zgorevanjem, je vsebnost energije v gorivu. Medtem ko imajo bolj gosto pakirana goriva višje vrednosti vsebnosti energije glede na prostornino, goriva z nižjo gostoto na splošno proizvajajo večjo vsebnost energije na enoto mase.
Enote gostote energije
Vsebnost energije je treba izmeriti za določeno količino plina t za določeno temperaturo in tlak. V ZDA inženirji in znanstveniki poročajo o vsebnosti energije v mednarodnih britanskih toplotnih enotah (BtuIT), medtem ko v Kanadi in Mehiki poročajo o vsebnosti energije v džulih (J).
Lahko tudi uporabite kalorij poročati o vsebnosti energije. Bolj standardne metode za izračun vsebnosti energije v znanosti in inženiringu uporabljajo količino proizvedene toplote, ko zgorevate en gram tega materiala v džulih na gram (J / g).
Izračun vsebnosti energije
S to enoto joulov na gram lahko izračunate, koliko toplote se oddaja s povečanjem temperature določene snovi, če poznate specifično toplotno zmogljivost Cstr tega materiala. The Cstr vode je 4,18 J / g ° C. Enačbo uporabljate za toploto H kot H = ∆T x m x Cstr v kateri ∆T je sprememba temperature, m pa masa snovi v gramih.
Če eksperimentalno merite začetno in končno temperaturo kemičnega materiala, lahko določite toploto, ki jo oddaja reakcija. Če bi segrevali bučko z gorivom kot posodo in beležili spremembo temperature v prostoru neposredno zunaj zabojnika, lahko izmerite toploto, ki se oddaja s to enačbo.
Kalorimeter bombe
Pri merjenju temperatur lahko temperaturna sonda neprekinjeno meri temperaturo skozi čas. Tako boste dobili širok razpon temperatur, za katere lahko uporabite enačbo toplote. Poiščite tudi mesta v grafu, ki prikazujejo a linearni odnos med temperaturo skozi čas, saj bi to pokazalo, da se temperatura oddaja s konstantno hitrostjo. To verjetno kaže na linearno razmerje med temperaturo in toploto, ki ga uporablja enačba toplote.
Potem, če izmerite, koliko se je masa goriva spremenila, lahko ugotovite, kako je bila energija shranjena v tej masi goriva. Lahko pa izmerite, kolikšna je razlika v prostornini za ustrezne enote gostote energije.
Ta metoda, znana kot kalorimetra bombe vam daje eksperimentalno metodo za uporabo formule gostote energije za izračun te gostote. Bolj rafinirane metode lahko upoštevajo toploto, izgubljeno na stenah same posode ali prevod toplote skozi material iz posode.
Vsebnost energije z večjo ogrevalno vrednostjo
Vsebnost energije lahko izrazite tudi kot spremembo višje vrednosti ogrevanja (HHV). To je količina toplote, ki jo pri zgorevanju sprosti pri sobni temperaturi (25 ° C) masa ali prostornina goriva, proizvodi pa se vrnejo na sobno temperaturo. Ta metoda predstavlja latentno toploto, entalpijsko toploto, ki nastane, ko se pri ohlajanju materiala pojavijo faze strjevanja in trdne faze.
S to metodo se vsebnost energije poda z višjo vrednostjo ogrevanja pri pogojih osnovne količine (HHVb). V standardnih ali osnovnih pogojih je pretok energije qHb je enak proizvodu volumetričnega pretoka qvb in višjo vrednost ogrevanja pri pogojih osnovne vrednosti v enačbi qHb = qvb x HHVb.
Znanstveniki in inženirji so z eksperimentalnimi metodami preučevali HHVb za različna goriva za določitev, kako ga je mogoče določiti kot funkcijo drugih spremenljivk, ki se nanašajo na učinkovitost goriva. Standardni pogoji so opredeljeni kot 10 ° C (273,15 K ali 32 oF) in 105 paskalov (1 bar).
Ti empirični rezultati so to pokazali HHVb je odvisen od tlaka in temperature v baznih pogojih, pa tudi od sestave goriva ali plina. V nasprotju s tem je nižja vrednost ogrevanja LHV je enaka meritev, vendar na mestu, ko voda v končnih produktih zgorevanja ostane kot para ali para.
Druge raziskave so pokazale, da lahko izračunate HHV iz sestave samega goriva. To bi vam moralo dati HHV = .35XC + 1,18XH + 0,10XS + - 0,02XN - 0,10XO - 0,02Xpepel z vsakim X kot frakcijska masa za ogljik (C), vodik (H), žveplo (S), dušik (N), kisik (O) in preostalo vsebnost pepela. Dušik in kisik škodljivo vplivata na HHV saj ne prispevajo k sproščanju toplote kot drugi elementi in molekule.
Gostota energije biodizla
Biodizelska goriva ponujajo okolju prijazen način pridobivanja goriva kot alternativo drugim, bolj škodljivim gorivom. Ustvarjene so iz naravnih olj, sojinih ekstraktov in alg. Ta obnovljivi vir goriva povzroči manj onesnaževanja okolja in ga običajno mešamo z naftnimi gorivi (bencinsko in dizelsko gorivo). Zaradi tega so idealni kandidati za preučevanje, koliko energije porabi gorivo z uporabo količin, kot sta gostota energije in vsebnost energije.
Žal z biodizelskih goriv na žalost vsebuje velika količina kisika, zato proizvajajo nižje energijske vrednosti glede na njihovo maso (v enotah MJ / kg). Biodizel goriva imajo približno 10 odstotkov nižjo masno vsebnost energije. Na primer, B100 ima energijsko vsebnost 119.550 Btu / gal.
Drug način merjenja, koliko energije porabi gorivo, je energetska bilanca, ki za biodizel znaša 4,56. To pomeni, da biodizelsko gorivo proizvede 4,56 enote energije za vsako enoto fosilne energije, ki jo porabijo. Druga goriva pasejo več energije, kot je B20, mešanica dizla in goriva iz biomase. To gorivo ima približno 99 odstotkov energije enega galona dizla ali 109 odstotkov energije enega galona bencina.
Obstajajo alternativne metode za določanje učinkovitosti toplote, ki jo oddaja biomasa na splošno. Znanstveniki in inženirji, ki preučujejo biomaso, uporabljajo metodo kalorimetra bombe za merjenje toplote, ki se sprosti pri zgorevanju, ki se prenaša bodisi v zrak ali vodo, ki obdaja posodo. Iz tega lahko določite HHV za biomaso.