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ガソリンやその他の燃料がこれほど強力なのはなぜですか？自動車に動力を与える燃料などの化学混合物の可能性は、これらの材料が引き起こす反応から生じます。
このエネルギー密度は、燃料を使用する際にこれらの化学的および物理的特性を支配する簡単な式と方程式を使用して測定できます。エネルギー密度方程式は、燃料自体に関してこの強力なエネルギーを測定する方法を提供します。
エネルギー密度式
の式 エネルギー密度 は Ed = E / V エネルギー密度 Ed、エネルギー E とボリューム V。また、測定することができます 比エネルギー Es なので E / M ボリュームの代わりに質量の。比エネルギーは、エネルギー密度よりも、自動車に動力を供給するときに燃料が使用する利用可能なエネルギーと密接に相関しています。参照表は、ガソリン、灯油、ディーゼル燃料のエネルギー密度が石炭、メタノール、木材よりもはるかに高いことを示しています。
とにかく、化学者、物理学者、およびエンジニアは、自動車を設計し、物理的性質について材料をテストするときに、エネルギー密度と比エネルギーの両方を使用します。この密集したエネルギーの燃焼に基づいて、燃料が放出するエネルギー量を決定できます。これは、エネルギー量によって測定されます。
燃料が燃焼するときに放出する単位質量または体積あたりのエネルギー量は、燃料のエネルギー量です。より高密度に詰め込まれた燃料は、体積に関してエネルギー含有量の値が高くなりますが、密度の低い燃料は一般に単位質量あたりのエネルギー含有量が多くなります。
エネルギー密度単位
エネルギー含有量は、特定の温度と圧力で特定の量のガスについて測定する必要があります。米国では、技術者と科学者が国際英国熱量単位（BtuIT）でエネルギー量を報告し、カナダとメキシコでは、エネルギー量がジュール（J）で報告されます。
使用することもできます カロリー エネルギー量を報告します。科学および工学のエネルギー含有量を計算するためのより標準的な方法では、1グラムあたりのジュール（J / g）でその材料の1グラムを燃焼するときに生成される熱量を使用します。
エネルギー量の計算
グラムあたりのジュールのこの単位を使用すると、特定の熱容量がわかっているときに特定の物質の温度を上げることにより、どれだけの熱が放出されるかを計算できます。 Cp その材料の。の Cp 水の4.18 J / g°Cです。熱の方程式を使用します H なので H = ∆T x m x Cp その中で ∆T は温度の変化、mは物質の質量（グラム）です。
化学物質の初期温度と最終温度を実験的に測定すると、反応によって放出される熱を決定できます。燃料のフラスコを容器として加熱し、容器のすぐ外側の空間の温度変化を記録する場合、この式を使用して放出される熱を測定できます。
爆弾熱量計
温度を測定するとき、温度プローブは時間とともに温度を連続的に測定できます。これにより、熱方程式を使用できる幅広い温度範囲が得られます。また、グラフ内の場所を探して、 線形関係 これは、温度が一定の速度で放出されていることを示すためです。これは、熱方程式が使用する温度と熱の線形関係を示している可能性があります。
次に、燃料の質量がどれだけ変化したかを測定すると、その質量の燃料にエネルギーがどのように保存されたかを判断できます。または、これが適切なエネルギー密度単位に対してどれだけの体積差であるかを測定できます。
この方法は、 爆弾熱量計 メソッドでは、エネルギー密度の式を使用してこの密度を計算する実験的な方法を提供します。より洗練された方法では、コンテナ自体の壁で失われる熱、またはコンテナの材料を通る熱伝導を考慮することができます。
より高い発熱量のエネルギー含有量
また、より高い発熱量の変動としてエネルギー量を表すことができます（HHV）。これは、燃料が燃焼し、製品が室温に戻った後に、燃料の質量または体積によって室温（25°C）で放出される熱の量です。この方法は、潜熱、つまり材料の冷却中に凝固および固相の相転移が発生したときに発生するエンタルピー熱を考慮しています。
この方法により、エネルギー量は、基本体積条件でのより高い発熱量によって与えられます（HHVb）。標準または基本条件では、エネルギー流量 qHb 体積流量の積に等しい qvb そして、方程式のベースボリューム条件でのより高い発熱量 qHb = qvb x HHVb.
実験方法を通して、科学者とエンジニアは研究しました HHVb さまざまな燃料について、燃料効率に関連する他の変数の関数としてどのように決定できるかを決定します。標準条件は、10°C（273.15 Kまたは32 oF）および105パスカル（1 bar）として定義されています。
これらの経験的結果は、 HHVb 基本条件での圧力と温度、および燃料またはガスの組成に依存します。対照的に、より低い発熱量 LHV は同じ測定値ですが、最終燃焼生成物中の水が蒸気または蒸気として残るポイントです。
他の研究では、計算できることが示されています HHV 燃料自体の組成から。これはあなたに与えるはずです HHV = .35XC + 1.18XH + 0.10XS +-0.02XN -0.10XO -0.02X灰 それぞれと バツ 炭素（C）、水素（H）、硫黄（S）、窒素（N）、酸素（O）および残りの灰分に対する分数質量として。窒素と酸素は、 HHV 他の要素や分子のように熱の放出に寄与しないためです。
バイオディーゼルのエネルギー密度
バイオディーゼル燃料は、他のより有害な燃料の代替として、燃料を生産する環境に優しい方法を提供します。天然油、大豆抽出物、藻類から作られています。この再生可能な燃料源により、環境への汚染が少なくなり、通常、石油燃料（ガソリンおよびディーゼル燃料）と混合されます。これは、エネルギー密度やエネルギー含有量などの量を使用して、燃料が使用するエネルギー量を研究するための理想的な候補となります。
残念なことに、エネルギー含有量の観点から、バイオディーゼル燃料は大量の酸素を持っているため、それらの質量に対してより低いエネルギー値を生成します（MJ / kg単位）。バイオディーゼル燃料の質量エネルギー含有量は約10％低くなっています。たとえば、B100のエネルギー含有量は119,550 Btu / galです。
燃料が使用するエネルギー量を測定するもう1つの方法はエネルギーバランスで、バイオディーゼルの場合は4.56です。つまり、バイオディーゼル燃料は、使用する化石エネルギーの単位ごとに4.56単位のエネルギーを生成します。他の燃料には、ディーゼルとバイオマス燃料の混合物であるB20など、より多くのエネルギーが詰め込まれています。この燃料は、1ガロンのディーゼルのエネルギーの約99パーセント、または1ガロンのガソリンのエネルギーの109パーセントを持っています。
一般にバイオマスによって放出される熱の効率を決定するための代替方法が存在します。バイオマスを研究する科学者とエンジニアは、爆弾熱量計法を使用して、容器の周囲の空気または水に伝達される燃焼から放出される熱を測定します。これから、あなたは決定することができます HHV バイオマス用。