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휘발유 및 기타 연료가 그렇게 강력한 이유는 무엇입니까? 동력 자동차와 같은 연료와 같은 화학 혼합물의 가능성은 이러한 물질이 야기 할 수있는 반응에서 비롯됩니다.
연료를 사용할 때 이러한 화학적 및 물리적 특성을 제어하는 간단한 공식과 방정식을 사용하여이 에너지 밀도를 측정 할 수 있습니다. 에너지 밀도 방정식은 연료 자체와 관련하여이 강력한 에너지를 측정하는 방법을 제공합니다.
에너지 밀도 공식
에 대한 공식 에너지 밀도 이다 이자형디 = E / V 에너지 밀도 이자형디에너지 이자형 그리고 양 V. 당신은 또한 측정 할 수 있습니다 특정 에너지 이자형에스 같이 여자 이름 부피 대신 질량. 특정 에너지는 에너지 밀도보다 자동차에 전력을 공급할 때 연료가 사용하는 에너지와 더 밀접한 상관 관계가 있습니다. 참고 표는 가솔린, 등유 및 디젤 연료가 석탄, 메탄올 및 목재보다 에너지 밀도가 훨씬 높다는 것을 보여줍니다.
어쨌든 화학자, 물리학 자 및 엔지니어는 자동차를 설계하고 물리적 특성에 대한 재료를 테스트 할 때 에너지 밀도와 특정 에너지를 모두 사용합니다. 이 밀집된 에너지의 연소에 따라 연료가 얼마나 많은 에너지를 줄지 결정할 수 있습니다. 이것은 에너지 함량을 통해 측정됩니다.
연료가 연소 될 때 연료가 방출하는 단위 질량 또는 부피당 에너지의 양은 연료의 에너지 함량입니다. 더 조밀하게 충전 된 연료는 부피면에서 더 높은 에너지 함량 값을 갖지만, 저밀도 연료는 일반적으로 단위 질량 당 더 많은 에너지 함량을 생성한다.
에너지 밀도 단위
주어진 양의 가스 t에 대해 특정 온도 및 압력의 에너지 함량을 측정해야합니다. 미국에서는 엔지니어와 과학자들이 국제 영국 열 단위 (BtuIT)로 에너지 함량을보고하고 캐나다와 멕시코에서는 에너지 함량을 줄 (J) 단위로보고합니다.
당신은 또한 사용할 수 있습니다 칼로리 에너지 함량을보고합니다. 과학 및 공학에서 에너지 함량을 계산하는보다 표준적인 방법은 1 그램 (J / g) 단위로 해당 물질의 1 그램을 태울 때 생성되는 열량을 사용합니다.
에너지 함량 계산
이 그램 / 줄 단위를 사용하면 비열 용량을 알면 특정 물질의 온도를 높여서 얼마나 많은 열이 방출되는지 계산할 수 있습니다. 씨피 그 재료의. 그만큼 씨피 물의 수는 4.18 J / g ° C이다. 열에 대한 방정식을 사용합니다 H 같이 H = ∆T x m x C피 어느 ∆T m은 온도의 변화이며, m은 물질의 질량 (g)입니다.
화학 물질의 초기 및 최종 온도를 실험적으로 측정하면 반응에 의해 발생하는 열을 결정할 수 있습니다. 연료 플라스크를 용기로 가열하고 용기 외부 공간의 온도 변화를 기록하는 경우이 방정식을 사용하여 주어진 열을 측정 할 수 있습니다.
폭탄 열량계
온도를 측정 할 때 온도 프로브는 시간이 지남에 따라 지속적으로 온도를 측정 할 수 있습니다. 그러면 열 방정식을 사용할 수있는 광범위한 온도가 제공됩니다. 그래프에서 장소를 찾아야합니다. 선형 관계 시간이 지남에 따라 온도가 일정하게 유지됨을 보여줍니다. 이것은 열 방정식이 사용하는 온도와 열 사이의 선형 관계를 나타냅니다.
그런 다음, 연료의 질량이 얼마나 변했는지 측정하면, 연료의 해당 질량에 에너지가 어떻게 저장되어 있는지 확인할 수 있습니다. 또는 적절한 에너지 밀도 단위에 대한 부피 차이의 양을 측정 할 수 있습니다.
이 방법은 폭탄 열량계 방법은 에너지 밀도 공식을 사용하여이 밀도를 계산하는 실험 방법을 제공합니다. 보다 정제 된 방법은 용기 자체의 벽에 손실 된 열 또는 용기 재료를 통한 열의 전도를 고려할 수있다.
더 높은 발열량 에너지 함량
더 높은 발열량의 변형으로 에너지 함량을 표현할 수도 있습니다 (HHV). 이것은 연소 후 질량 또는 부피의 연료에 의해 실온 (25 ° C)에서 방출되는 열의 양이며, 제품은 실온으로 돌아옵니다. 이 방법은 잠열, 물질의 냉각 중에 응고 및 고체상 변형이 발생할 때 발생하는 엔탈피 열을 설명합니다.
이 방법을 통해 에너지 함량은 기본 체적 조건에서 더 높은 가열 값으로 제공됩니다 (HHV비). 표준 또는 기본 조건에서 에너지 유량 큐Hb 체적 유량의 곱과 같습니다 큐vb 그리고 방정식의 기본 체적 조건에서 더 높은 가열 값 큐Hb = qvb x HHV비.
과학자와 엔지니어는 실험 방법을 통해 HHV비 연료 효율과 관련된 다른 변수의 함수로서 어떻게 결정될 수 있는지를 결정하기 위해 다양한 연료에 대해 사용될 수있다. 표준 조건은 10 ° C (273.15 K 또는 32 oF) 및 105 파스칼 (1 bar)로 정의됩니다.
이 실험 결과는 HHV비 연료 또는 가스의 조성뿐만 아니라 기본 조건에서의 압력 및 온도에 의존합니다. 반대로 더 낮은 가열 값 LHV 같은 측정이지만 최종 연소 생성물의 물이 증기 또는 증기로 남아있는 지점에서.
다른 연구에 따르면 계산할 수 있음이 밝혀졌습니다 HHV 연료 자체의 구성으로부터. 이것은 당신에게 줄 것이다 HHV = .35X씨 + 1.18 배H + 0.10 배에스 +-0.02X엔 -0.10 배영형 -0.02X금연 건강 증진 협회 각각 엑스 탄소 (C), 수소 (H), 황 (S), 질소 (N), 산소 (O) 및 나머지 회분 함량에 대한 분별 질량으로서. 질소와 산소는 HHV 다른 원소와 분자처럼 열 방출에 기여하지 않기 때문입니다.
바이오 디젤의 에너지 밀도
바이오 디젤 연료는보다 유해한 다른 연료에 대한 대안으로 친환경적인 연료 생산 방법을 제공합니다. 그들은 천연 오일, 콩 추출물 및 조류에서 만들어집니다. 이 재생 가능 연료 원은 환경 오염을 줄이며 일반적으로 석유 연료 (가솔린 및 디젤 연료)와 혼합됩니다. 이를 통해 에너지 밀도 및 에너지 함량과 같은 양을 사용하여 연료가 얼마나 많은 에너지를 사용하는지 연구 할 수 있습니다.
불행하게도 에너지 함량 관점에서 바이오 디젤 연료는 많은 양의 산소를 가지므로 질량과 관련하여 더 낮은 에너지 값을 생산합니다 (MJ / kg 단위). 바이오 디젤 연료는 질량 에너지 함량이 약 10 % 낮습니다. 예를 들어 B100의 에너지 함량은 119,550 Btu / gal입니다.
연료가 얼마나 많은 에너지를 사용하는지 측정하는 또 다른 방법은 에너지 균형인데, 이는 바이오 디젤의 경우 4.56입니다. 이것은 바이오 디젤 연료가 그들이 사용하는 모든 화석 에너지 단위에 대해 4.56 단위의 에너지를 생산한다는 것을 의미합니다. 다른 연료에는 바이오 매스 연료와 디젤이 혼합 된 B20과 같은 더 많은 에너지가 들어 있습니다. 이 연료는 1 갤런의 디젤 에너지의 약 99 % 또는 1 갤런의 가솔린 에너지의 109 %를 갖는다.
바이오 매스에 의해 일반적으로 방출되는 열의 효율을 결정하기위한 대안적인 방법이 존재한다. 바이오 매스를 연구하는 과학자 및 엔지니어는 폭탄 열량계 방법을 사용하여 용기 주변의 공기 또는 물로 전달되는 연소에서 방출되는 열을 측정합니다. 이것으로부터, 당신은 HHV 바이오 매스를 위해.