כיצד לחשב את צפיפות האנרגיה

תוֹכֶן

• נוסחת צפיפות אנרגיה
• יחידות צפיפות אנרגיה
• חישוב תוכן אנרגיה
• קלורימטר פצצה
• תוכן חימום גבוה יותר באנרגיה
• צפיפות אנרגטית של ביו דיזל

מה הופך בנזין ודלקים אחרים לחזקים כל כך? הפוטנציאל של תערובות כימיות כמו דלקים שמספקים מכוניות מגיעות מהתגובות שחומרים אלה מסוגלים לגרום.

אתה יכול למדוד את צפיפות האנרגיה הזו באמצעות נוסחאות ומשוואות פשוטות השולטות בתכונות הכימיות והפיזיקליות הללו בעת השימוש בדלקים. משוואת צפיפות האנרגיה נותנת דרך למדידת אנרגיה עוצמתית זו ביחס לדלק עצמו.

נוסחת צפיפות אנרגיה

הנוסחה ל צפיפות אנרגיה פועל עזר לגוף שני ה_ד = E / V לצפיפות אנרגיה ה_דאנרגיה ה ונפח V. אתה יכול גם למדוד את אנרגיה ספציפית ה_s כפי ש E / M עבור מסה במקום נפח. האנרגיה הספציפית מתואמת יותר עם האנרגיה הקיימת בה דלקים משתמשים בעת הפעלת מכוניות מאשר צפיפות האנרגיה. טבלאות עיון מראות כי דלקי בנזין, נפט וסולר בעלי צפיפות אנרגיה גבוהה בהרבה מפחם, מתנול ועץ.

בלי קשר, כימאים, פיזיקאים ומהנדסים משתמשים בצפיפות אנרגיה וגם באנרגיה ספציפית בעת תכנון מכוניות ובדיקת חומרים לתכונות פיזיקליות. אתה יכול לקבוע כמה אנרגיה דלק יפטור על בסיס בעירה של אנרגיה צפופה זו. זה נמדד באמצעות תכולת אנרגיה.

כמות האנרגיה ליחידת המסה או הנפח שמסלק דלק כשהוא מבשר היא תוכן האנרגיה של הדלק. בעוד שלדלקים צפופים יותר יש ערכים גבוהים יותר של תכולת אנרגיה מבחינת נפח, דלקים בצפיפות נמוכה בדרך כלל מייצרים יותר תכולת אנרגיה ליחידת מסת.

יחידות צפיפות אנרגיה

יש למדוד את תוכן האנרגיה עבור נפח נתון של גז, טמפרטורה ולחץ ספציפיים. בארצות הברית מדווחים מהנדסים ומדענים על תכולת האנרגיה ביחידות תרמיות בינלאומיות בריטיות (BtuIT) ואילו בקנדה ובמקסיקו מדווחים על תוכן אנרגיה בג'אול (J).

אתה יכול גם להשתמש קלוריות לדווח על תכולת אנרגיה. שיטות סטנדרטיות יותר לחישוב תכולת אנרגיה במדע והנדסה משתמשים בכמות החום המיוצר כאשר שורפים גרם בודד מחומר זה בג'אול לגרם (J / g).

חישוב תוכן אנרגיה

באמצעות יחידה זו של ג'ואלים לגרם, אתה יכול לחשב כמה חום מפטרים על ידי העלאת הטמפרטורה של חומר ספציפי כשאתה יודע את יכולת החום הספציפית ג_ע מהחומר הזה. ה ג_ע מים הוא 4.18 J / g ° C. אתה משתמש במשוואה לחום ח כפי ש H = ∆T x m x C_ע בו ∆T הוא שינוי בטמפרטורה, ו- m הוא מסת החומר בגרמים.

אם אתה מודד באופן ניסיוני את הטמפרטורות הראשוניות והסופיות של חומר כימי, אתה יכול לקבוע את החום שמסרה התגובה. אם היית מחמם בקבוק דלק כמכל ורושם את שינוי הטמפרטורה בחלל היישר מחוץ למכולה, אתה יכול למדוד את החום המופץ באמצעות משוואה זו.

קלורימטר פצצה

בעת מדידת טמפרטורות, בדיקת טמפרטורה יכולה למדוד טמפרטורה ברציפות לאורך זמן. זה ייתן לך מגוון רחב של טמפרטורות שעבורן אתה יכול להשתמש במשוואת החום. עליך לחפש גם מקומות בתרשים המראים א קשר ליניארי בין טמפרטורה לאורך זמן, מכיוון שהדבר מראה כי הטמפרטורה מועברת בקצב קבוע. זה כנראה מצביע על הקשר הליניארי בין טמפרטורה לחום שמשוואת החום משתמשת בו.

ואז, אם אתה מודד כמה מסת הדלק השתנתה, אתה יכול לקבוע כיצד האגירה אוגרה בכמות המסה של הדלק. לחלופין, תוכל למדוד כמה זה מהבדל הנפח ביחידות צפיפות האנרגיה המתאימות.

שיטה זו, המכונה קלורימטר פצצה שיטה, נותנת לך שיטה ניסיונית להשתמש בנוסחת צפיפות האנרגיה לחישוב צפיפות זו. שיטות מעודנות יותר יכולות לקחת בחשבון חום שאבד לקירות המכולה עצמה או להולכת חום דרך חומר המכולות.

תוכן חימום גבוה יותר באנרגיה

אתה יכול גם לבטא תכולת אנרגיה כווריאציה של ערך החימום הגבוה יותר (HHV). זהו כמות החום המשתחררת בטמפרטורת החדר (25 מעלות צלזיוס) על ידי מסה או נפח דלק לאחר התפרצותו, והמוצרים חזרו לטמפרטורת החדר. שיטה זו מהווה את החום הנטוי, את החום האנטלפי המופיע כאשר התמצקות ושינוי שלבי מצב מוצק מתרחשים במהלך קירור של חומר.

בשיטה זו, תכולת האנרגיה ניתנת על ידי ערך החימום הגבוה בתנאי נפח הבסיס (HHV_ב). בתנאי סטנדרט או בסיס, קצב זרימת האנרגיה ש_ח.ב. שווה לתוצר של קצב הזרימה הנפחי ש_vb וערך החימום הגבוה בתנאי נפח בסיס במשוואה ש_ח.ב. = ש_vb x HHV_ב.

באמצעות שיטות ניסוי, מדענים ומהנדסים חקרו את המחקר HHV_ב עבור דלקים שונים כדי לקבוע כיצד ניתן לקבוע אותם כפונקציה של משתנים אחרים הרלוונטיים ליעילות הדלק. התנאים הסטנדרטיים מוגדרים כ- 10 מעלות צלזיוס (273.15 K או 32 oF) ו- 105 פסקל (1 בר).

תוצאות אמפיריות אלה הראו זאת HHV_ב תלוי בלחץ ובטמפרטורה בתנאי בסיס כמו גם בהרכב הדלק או הגז. לעומת זאת, ערך החימום הנמוך יותר LHV זו אותה מדידה, אך בנקודה בה המים בתוצרי הבעירה הסופיים נשארים כאדים או אדים.

מחקרים אחרים הראו שאפשר לחשב HHV מהרכב הדלק עצמו. זה אמור לתת לך HHV = .35X_ג + 1.18X_ח + 0.10X_ס + - 0.02X_נ - 0.10X_הו - 0.02X_אפר עם כל אחד איקס כמסה השברית לפחמן (C), מימן (H), גופרית (S), חנקן (N), חמצן (O) ותכולת אפר שנשארה. חנקן וחמצן משפיעים לרעה על HHV כפי שהם לא תורמים לשחרור החום כפי שעושים אלמנטים ומולקולות אחרות.

צפיפות אנרגטית של ביו דיזל

דלקים ביו-דיזל מציעים שיטה ידידותית לסביבה לייצור דלק כחלופה לדלקים אחרים ומזיקים יותר. הם נוצרו משמנים טבעיים, תמציות סויה ואצות. מקור דלק מתחדש זה גורם פחות זיהום לסביבה, והם בדרך כלל מעורבבים עם דלקים נפטיים (דלקים וסולר). זה הופך אותם למועמדים אידיאליים ללמוד כמה אנרגיה דלק משתמש בכמויות כמו צפיפות אנרגיה ותכולת אנרגיה.

לרוע המזל מבחינה של תכולת אנרגיה, לדלקים הביודיזל יש כמות גדולה של חמצן, ולכן הם מייצרים ערכי אנרגיה נמוכים יותר ביחס למסה שלהם (ביחידות של MJ / kg). דלקים ביו-דיזל בעלי תכולת אנרגיה המונית נמוכה של כעשרה אחוזים. B100 למשל, מכיל תכולת אנרגיה של 119,550 Btu / gal.

דרך נוספת למדידת כמה אנרגיה דלק משתמש היא איזון האנרגיה, שעבור ביו-דיזל הוא 4.56. משמעות הדבר היא כי דלקים ביו-דיזל מייצרים 4.56 יחידות אנרגיה עבור כל יחידה של אנרגיה מאובנת בה הם משתמשים. דלקים אחרים אורזים יותר אנרגיה, כמו B20, תערובת של דיזל עם דלק ביומסה. לדלק זה כ- 99 אחוז מהאנרגיה של גלון דיזל אחד או 109 אחוז מהאנרגיה של ליטר אחד בנזין.

קיימות שיטות אלטרנטיביות לקביעת יעילות החום הניתן על ידי ביומסה באופן כללי. מדענים ומהנדסים החוקרים ביומסה משתמשים בשיטת קלורימטר הפצצה כדי למדוד את החום המשתחרר מהבעירה המועבר לאוויר או למים המקיפים את המכולה. מכאן תוכלו לקבוע את ה- HHV עבור הביומסה.