Плотность энергии топлива

Плотность энергии – это её количество, которое может храниться в данной массе вещества или системы. Чем выше плотность энергии системы или материала, тем большее количество хранится в его массе. Способность совершать работу может храниться во многих различных типах веществ и систем.

Реакции по выпуску энергии

Материал может высвобождать энергию в четырех основных видах реакций. Этими реакциями являются:

  • ядерные;
  • химические;
  • электрохимические;
  • электрические.
Ядерная – содержится в атомных ядрах и выделяется при ядерных реакциях и радиоактивном распаде.

Химическая – используются животными, чтобы получить энергию из еды, а также получаемая из других невозобновляемых источников (дрова, нефть, газ, уголь…)

Электрохимическая происходит при потреблении энергии от батарей.

Электрическая – создается движением заряженных частиц.

При расчете количества максимальной работы в системе чаще всего измеряется только полезная или извлекаемая способность совершать работу. В научных уравнениях плотность энергии часто обозначается W.

Плотность энергии обычно выражается двумя способами, хотя первый из них более распространен:

  • Объемная – сколько система содержит по сравнению с его объемом; обычно выражается в ватт-часах на литр (Вт/л) или мегаджоулей на литр (МДж/л).
  • Гравиметрическая (удельная) – сколько система содержит по сравнению с его массой; обычно выражается в ватт-часах на килограмм (Вт/кг), или мегаджоулях на килограмм (МДж/кг).

Имея высокую плотность энергии это еще не дает информации о том, как быстро она может быть использована. Это содержится в плотности энергии вещества, которая описывает скорость, с которой она может быть использована.
1 МДж ≈ 28о Вт-час ≈ 0,37 лошадиная сила-час.

Примеры единиц измерения работы

Много различных материалов могут хранить энергию от дерева до урана. Эти материалы известны как топливо, и все эти виды используются в качестве источников для различных систем. Когда топливо поступает непосредственно из природы (например, сырая нефть), оно является первичным топливом; когда топливо должно быть модифицировано, чтобы его можно было использовать (например, бензин), его называют вторичным источником.

В таблице ниже показана плотность энергии для различных видов топлива:

Топливо Плотность энергии (МДж / кг) Типовое применение

 

Дерево 16 Отопление помещений, приготовление пищи
Уголь 24 Электростанции, производство электроэнергии
Этанол 26.8 Бензиновая смесь, спирт, химические продукты
Биодизель 38 Автомобильный двигатель
Сырая нефть 44 Производство нефтепродуктов
Дизельное топливо 45 Дизельный двигатель
Бензин 46 Бензиновые двигатели
Газ 55 Бытовое отопление, производство электроэнергии
Уран-235 76 000 000 Производство электроэнергии с помощью ядерного реактора

Для визуального представления этих значений сравнения плотностей энергии различных видов топлива.Плотность энергии

Как далеко можно зайти?

Источники не отдают свою энергию одним и тем же способом, но если предположить, что они это могут, как далеко будет перемещено транспортное средство? энергоемкость

Если начать с набора цифр: один килограмм сырой нефти позволяет автомобилю примерно проехать около 20 км.
Нефтепродукты, как бензин, используются потому, что они энергетически плотные. Бензин имеет плотность энергии около 45 мегаджоулей на килограмм (МДж/кг).
Бензин – это смесь легких жидких углеводородов, используемый в основном в качестве топлива для двигателей внутреннего сгорания. Он образуется в результате неполной очистки нефти; конденсации или адсорбции природного газа; термического или каталитического разложения нефти или ее фракций; гидрирования добывающего газа или угля; или полимеризации углеводородов с более низкой молекулярной массой.

Бензин является одним из важнейших видов топлива, используемых в транспортной отрасли. Большинство бензина используется в двигателях, которые перемещают автомобили и легкие грузовики. Бензиновые двигатели также питают другие транспортные средства и машины, включая самолеты (авиацию), моторные лодки, тракторы и газонокосилки.

Килограмм ядерного топлива, как 235 урана, даст работу автомобилю на 1,77 миллиона километров. Как далеко это? Это путешествие с Земли на Луну и обратно дважды. Ядерное топливо невероятно энергоемко, но его использование с точки зрения безопасности затруднено.

Таким образом, плотность энергии – это количество энергии, хранящейся в данной системе или области пространства на единицу объема или массы. Поэтому она имеет единицы энергии на длину в кубе или на массу.