Online Unit Converters • Термодинаміка - теплота • Конвертер питомої теплоти згорання (по масі) • Компактний калькулятор

1. Загальні відомості
2. Вимірювання питомої теплоти згорання
3. Застосування: питома теплота згоряння палива
4. Вагові обмеження в літаках
5. Вантажні перевезення
6. пасажирські літаки
7. Судна на підводних крилах
8. Застосування: отримання енергії в процесі метаболізму
9. Їжа - форма енергії для організму тварин
10. Споживання енергії в екстремальних умовах
11. Відкладення жиру - як спосіб зберігання енергії
12. Енергія, яка використовується мікроорганізмами і рослинами
13. Питома теплота згоряння широко поширених видів палива і харчових продуктів

Енергетична щільність пропану складає 46,44 МДж на кілограм

Загальні відомості

Вимірювання питомої теплоти згорання

Застосування: питома теплота згоряння палива

Вагові обмеження в літаках

Вантажні перевезення

пасажирські літаки

Судна на підводних крилах

Застосування: отримання енергії в процесі метаболізму

Їжа - форма енергії для організму тварин

Споживання енергії в екстремальних умовах

Відкладення жиру - як спосіб зберігання енергії

Енергія, яка використовується мікроорганізмами і рослинами

Загальні відомості

Верблюди використовують жир для отримання з нього води.

Питома теплота згоряння по масі - це енергія, яку вимірюють щодо маси згорілого палива. У цій статті описана енергія, отримана при згорянні палива і під час обміну речовин в організмі. Наприклад, при згорянні певної кількості вуглеводнів, наприклад, пропану, виділяється енергія, яку вимірюють як питому теплоту згоряння. В системі СІ ця величина вимірюється в джоулях на кілограм, Дж / кг. Питому теплоту згорання по масі найчастіше обчислюють для тепла, отриманого при згорянні вуглеводневого палива, хоча її також можна обчислити при згорянні будь-якого іншого палива. Метан і бутан - приклади вуглеводнів.

Для горіння палива необхідний кисень. Найчастіше, використовується кисень з навколишнього повітря. У процесі згоряння палива виділяється тепло, а вода і вуглекислий газ - побічні продукти горіння. Вуглекислий газ приносить шкоди навколишньому середовищу, тому так широко розвивається енергетика з альтернативних джерел, без використання процесу згоряння. Вода, навпаки - корисний побічний продукт. Тварини, наприклад верблюди, використовують жир не тільки як джерело енергії, але і в якості внутрішнього джерела необхідної організму вологи, так як при його згорянні утворюється вода.

Вимірювання питомої теплоти згорання

Питому теплоту згоряння можна виміряти в калориметр - приладі, призначеному для вимірювання тепла, що виділяється. Бомбовий калориметр - один з таких приладів, який найчастіше використовують для вимірювання енергії, отриманої при згорянні палива. Він складається з: ізольованою внутрішньої камери згоряння, в якій спалюють паливо і яку іноді називають бомбою; пристрою для запалювання палива, в основному системи проводів з електрозапальником; і герметичній зовнішньої камери, в якій нагрівається вода. Температуру цієї води вимірюють для визначення кількості енергії, виділеної при згорянні палива.

У США і Канаді в бензині міститься близько 10% етилового спирту. Кількість енергії в етиловому спирті приблизно на 33% нижче, ніж в «чистому» бензині. В результаті, пройдену відстань на такому паливі зменшується на 3,3%.

Застосування: питома теплота згоряння палива

Люди залежать від палива в повсякденному житті, так як без палива неможлива теплова обробка їжі, обігрів і охолодження приміщень, робота техніки і транспорту, освітлення, і так далі. На даний момент велика частина палива - вуглеводні. Знаючи їх питому теплоту згоряння по масі, можна визначити, які види палива більш економічні. Чим більше енергії виробляється при згорянні певної кількості маси палива, тим воно більш економічно.

Пальник Micro-Jet харчується від звичайних одноразових запальничок, заправлених бутаном. Температура в пальнику досягає 2500 ° С

Транспортні засоби перевозять необхідне їм паливо на борту, що, в свою чергу збільшує їх вагу і, відповідно, витрати палива. Для кожного транспортного засобу існують обмеження за кількістю ваги вантажу, тому що економічніше паливо, тим менше його витрачається на свій рух, і тим більше палива можна завантажити в цей транспорт. Для літаків і суден на повітряних крилах особливо важливо, щоб паливо виділяла якомога більше енергії, при згорянні одиниці маси.

Вагові обмеження в літаках

У літаках головні паливні баки знаходяться в крилах. Якщо необхідна більша кількість палива, то його заливають у баки в фюзеляжі. Часто, через обмеження у вазі в політ беруть тільки паливо, необхідне для даного маршруту. Решту вільного місце використовують для вантажу і пасажирів. Зазвичай маршрути планують так, щоб літаку не потрібно було зупинятися на шляху для дозаправки. Тобто, в більшості випадків максимальна тривалість маршруту визначається максимально можливою кількістю палива на борту. Обмеження загальної ваги вантажу і необхідність перевозити паливо обумовлюють обмеження по вазі багажу, прийняті авіакомпаніями. З цієї ж причини більшості пасажирів доводиться платити за багаж з перевагою або за додаткові валізи. Зазвичай літак заправляють паливом, необхідним для рейсу в один кінець, але іноді через високу ціну палива в деяких аеропортах, авіакомпаніям вигідніше заправити паливо на дорогу туди і назад - в цих випадках обмеження багажу за вагою дотримуються особливо строго.

Вантажні перевезення

Ваговій розрахунок літаків особливо важливий при перевезеннях великогабаритних вантажів, особливо для літаків, призначених для перевезення космічних апаратів. Космічний апарат зазвичай дуже важкий і це означає необхідність мати достатньо палива на борту, щоб його вистачило для перельоту на задану відстань.

На даний момент найбільший транспортний літак, здатний перевозити космічні апарати - це Ан-225 «Мрія», побудований в СРСР і нині належить українській авіакомпанії Авіалінії Антонова. Спочатку на ньому перевозили космічний корабель «Буран», але після розпаду СРСР польоти «Бурана» більше не планувалися, і потреба в його перевезеннях відпала. З 1994 по 2000 роки Ан-225 не використали, але в 2000-му році його відновили і допрацювали літак так, щоб він відповідав світовим стандартам безпеки. З 2001 року його використовують для перевезення великогабаритних вантажів. Ан-225 важить 250 тонн без вантажу, і може перевозити до 300 тонн вантажу. Максимальна злітна вага цього літака - 640 тонн, включаючи вагу самого літака. Тобто, в нього можна завантажити 640 - 250 - 300 = 90 тонн вантажу при повних баках палива. Для порівняння, якщо б Ан-225 перевозив пасажирів, то 50 тонн з цих 90 займали б 500 пасажирів з багажем (з розрахунку по 100 кг на пасажира і його багаж). Повні баки палива потрібні далеко не завжди. З мінімальною кількістю палива, потрібне для коротких відстаней, в Ан-225 можна завантажити до 250 тонн вантажу.

На даний момент найважчий вантаж, який перевозив Aн-225 - 4 танка, які в сумі важили 254 тонни. З таким вантажем він може пролетіти на відстань 1 000 км, з 640 - 254 - 300 = 86 тоннами пального. Зараз існує тільки один такий літак, другий примірник недобудований. Ан-225 перевіз багато цікавих і корисних вантажів, наприклад продукти і іншу гуманітарну допомогу для жертв стихійних лих, продовольство і предмети постачання для військових, локомотиви, генератори, вітряні турбіни, і інші великогабаритні і важкі вантажі.

Боїнг 777-236 / ER може перевозити на борту до 120 тонн палива і до 440 пасажирів. Таке завантаження літака дозволяє йому перебувати в повітрі близько 15 годин.

пасажирські літаки

Подібним чином можна також обчислити вагу вантажів, які можуть перевозити пасажирські літаки. Наприклад, Боїнг 777-236 / ER на фотографії важить 138 тонн без вантажу. Він може підняти на зльоті до 298 тонн. У ньому міститься 440 пасажирів, тобто при максимальному завантаженні пасажири і їхній багаж важать 400 × 100 кг = 40 000 кг або 40 тонн. На паливо і додатковий багаж залишається 298 - 40 - 138 = 120 тонн.

Споживання палива в цьому літаку змінюється під час самого польоту і від польоту до польоту, в залежності від типу польоту, загальної ваги, який змінюється в міру спалювання палива, і з інших причин. Дуже приблизна оцінка витрат палива для Боїнга 777-236 / ER - 8 000 кілограмів або 8 тонн пального на годину. Значить, якщо на борту 440 пасажирів і інше місце зайнято паливом, то літак може пробути в польоті до 15 годин. Перевіримо правильність наших обчислень на веб-сайті Боїнга. Там 777-236 / ER описаний як літак, який може пролетіти до 14 310 кілометрів або близько 8892 миль. Його крейсерська швидкість дорівнює 905 км / ч (562 миль на годину), тобто, він може перебувати в польоті 14 310/905 = 15,8 годин. Ця величина досить близька до нашого результату.

Літак Airbus A310 менше Боїнга 777 і в ньому може бути розміщено до 220 пасажирів.

Для порівняння, міжконтинентальний політ між Лондоном і Нью-Йорком - приблизно 7 годин. На даний момент один з найбільш тривалих польотів - між Сінгапуром і містом Ньюарк (штат Нью-Джерсі). Цей політ займає 18 годин 50 хвилин, але з грудня 2013 року його скасовується.

Інший приклад обчислень ваги палива - для Аеробуса Airbus A310. На фотографії - його пасажирська кабіна під час польоту Монреаль, Канада - Париж, Франція. Цей літак менше, ніж Боїнг 777-236 / ER: його довжина складає 46,66 метра або 153 фути і 1 один дюйм (у порівнянні з 63,7 метра або 209 футами і 1 дюйм). Його висота - 15,80 метра або 51 фут і 10 дюймів (довжина Боїнга - 18,5 метрів або 60 футів і 9 дюймів). Максимальна злітна вага - 150 тонн, а вага літака без палива дорівнює 113 тоннам. Тобто, цей літак може взяти на борт додаткові 150 - 113 = 37 тонн вантажу. У ньому до 220 пасажирських місць, тобто з повним завантаженням пасажири і їхній багаж важать 220 × 100 кг = 22 000 кг або 22 тонни. При цьому залишається 37 - 22 = 15 тонн ваги на паливо. На веб-сайті компанії, яка будує літаки Airbus зазначено, що максимальна вага, вантажу (пасажири + багаж) може бути до 21,6 тонн, тобто, майже ту вагу, який ми і отримали в наших обчисленнях для пасажирів і багажу. При повному завантаженні і повних баках палива у цього літака не залишається місця на додаткову вагу, тому обмеження багажу пасажирів для цих літаків строго виконуються.

Максимально допустима вага вказано в інструкції по експлуатації і в літак не можна завантажувати вантаж, що перевищує цей допустима вага, так як це небезпечно. Чим важче літак, тим більше авіакомпанія платить за використання цим літаком аеропорту, тому іноді авіакомпанії ще більше обмежують максимально допустима вага вантажу.

Цей теплохід на підводних крилах типу «Восход» був побудований на Феодосійському заводі «Море» в Криму. Його доставили на озеро Онтаріо в 1991 році, але з тих пір він мало використовувався. На знімку показаний «Схід» на Уеллендском каналі в Південному Онтаріо в 2010 році. Подорож від Торонто до Ніагарського водоспаду з 70 пасажирами на борту займає всього 40 хвилин, так як це судно може рухатися по озеру Онтаріо зі швидкістю 60 км / ч. На жаль, на даний момент ніхто не зацікавлений в його використанні.

Судна на підводних крилах

Вага - важлива величина не тільки для літаків, але і для судів на підводних крилах. Такі судна схожі по конструкції на звичайні морські та річкові судна і можуть триматися на поверхні води, але рухаються за принципом руху літака, тобто «летять» по воді. Як і випливає з назви, підводні крила залишаються під водою і створюють підйомну силу. При цьому корпус судна піднімається над водою, що зменшує опір, так як опір повітря набагато нижче опору води. Завдяки цьому суду на підводних крилах розвивають більш високі швидкості, в порівнянні зі звичайними судами.

Завдання інженерів, що розробляють нові моделі - зменшити вагу корпусу, в той же час не зменшуючи його міцність. При цьому збільшується вантажопідйомність судна. Для зменшення ваги корпус часто роблять із сплавів алюмінію.

На фотографії - судно на підводних крилах серії «Восход», побудоване на Феодосійському заводі «Море» в Криму. Це судно знаходиться в Канаді. Воно призначене для пасажирських перевезень по річках, озерах, і в прибережних водах. Максимальна швидкість, яку може розвинути «Схід» - до 65 км / ч. Судна цієї серії - одні з найпопулярніших судів на підводних крилах в світі, і завод «Море» випускає їх не тільки для місцевого використання, але і для ряду європейських країн, Китаю, В'єтнаму і Таїланду. У деяких країнах, зокрема, в Камбоджі будують судна на підводних крилах за проектом «Сходу».

Найекономічніші з точки зору споживання палива судна на підводних крилах - це ті, в яких використовується м'язова сила людини. Тобто, пасажир стає джерелом енергії, а, значить, вага палива дорівнює нулю. Для того щоб утримати таке судно на воді потрібна вправність, але такі засоби пересування користуються великою популярністю завдяки їх швидкостям до 30 км / ч. Вони особливо популярні у тих, хто любить самостійно будувати моделі, так як їх конструкція досить проста, креслення можна знайти в Інтернеті, і для їх побудови не потрібне спеціальне обладнання.

Застосування: отримання енергії в процесі метаболізму

Енергетична щільність цієї страви висока, так як в беконі і яйцях міститься великий відсоток жиру. Фотографія розміщена з дозволу автора.

Їжа - форма енергії для організму тварин

Енергія необхідна всім живим істотам. Вона виробляється в процесі метаболізму. Цей процес схожий на спалювання палива. Вогонь в організмі не горить, але аналогічно з горінням, для отримання енергії потрібен кисень, і під час цього окислювально-відновного процесу виділяються вода і вуглекислий газ. Саме тому кисень необхідний всім живим організмам.

Енергія в харчових продуктах міститься в вуглеводах і білках (17 кДж / г), жирах (38 кДж / г), і алкоголь (30 кДж / г). Живильні речовини в їжі перетворюються в процесі метаболізму в глюкозу, амино- і жирні кислоти, після чого організм перетворює їх в енергію, легко засвоювану організмом - в фермент аденозинтрифосфат (АТФ). АТФ пересувається по організму і несе енергію до клітин, які в цій енергії потребують.

Подорож по горі Кінабалу на острові Борнео, Малайзія. Фотографія розміщена з дозволу автора.

Питому теплоту згорання для продуктів харчування вимірюють в джоулях на кілограм, а також в калоріях на грам. Останні одиниці використовують частіше. Зазвичай цю енергію вимірюють в бомбових калориметрах, де продукти харчування спалюють, аналогічно іншому паливу. При цьому виділяється вуглеводень і вода - також як і під час метаболізму.

Їду з високою питомою теплотою згоряння, тобто ту, яка виділяє більшу кількість енергії на одиницю маси продукту, називають їжею високою енергетичною щільністю. Зі збільшенням води та інших низькокалорійних речовин в продукті, наприклад клітковини, ця щільність зменшується. Жир, навпаки, збільшує енергетичну щільність, так як в ньому міститься більше калорій на грам, ніж в інших харчових компонентах. Тобто, чим більше жиру в продукті - тим більше його питома теплота згоряння по масі.

У полярних експедиціях дослідники і науковий персонал зазвичай працюють у важких фізичних умовах, тому їм потрібно приблизно в три рази більше енергії, ніж людям в звичайних умовах.

Споживання енергії в екстремальних умовах

Складаючи меню для походів та інших подорожей, де їжу переносять вручну або везуть на собаках, мулах, та інших тварин, необхідно знати питому теплоту згоряння продуктів. Чим вона менша, тим більше енергії, отриманої від цієї їжі, люди або тварини витрачають на те, щоб перенести цю їжу. Це особливо значно, якщо ці подорожі - тривалі. Звичайно, в таких ситуаціях також враховують і харчову цінність продукту. Якщо на маршруті є вода, то намагаються брати з собою сухі або спеціально висушені для цих цілей продукти, так як вони набагато менше важать, ніж звичайні.

Дослідники, які працюють в Арктиці й Антарктиці, часто перевозять продукти та інші необхідні речі на собаках, або несуть їх самі, тому їм особливо важливо знати питому теплоту згоряння продуктів. Це важливо ще й тому, що їм потрібно як мінімум в три рази більше калорій, ніж людям в нормальних умовах. У холодну погоду організм використовує величезну кількість енергії на підтримку постійної температури тіла. Крім цього під час експедицій в Арктиці й Антарктиці люди відчувають великі фізичні навантаження, ніж в звичайних умовах; цим і пояснюються додаткові енергетичні витрати. З цих причин в експедиції беруть продукти високої енергетичної щільності, наприклад шоколад (в ньому міститься багато жирів і вуглеводів), масло, горіхи і сушене м'ясо.

Деякі досліднікі вважають, что експедиція на Південний полюс 1912 року в рамках Експедиції «Терра Нова», очолювана Робертом Фолкона Скоттом, зізналася невдачі и п'ятеро учасников погибли того, что смороду неправильно вірахувалі Кількість калорій, необхідне Їм на кожен день, и не взяли з собою достаточно їжі. Вважається такоже, что смороду Помилуй і з Вибори продуктів, вібіраючі їжу з Пітом теплотою згоряння нижчих, чем у жиру. Так, вони припускали, що 4 500 калорій в день має бути достатньо, хоча насправді вони витрачали близько 6 000калорій або більше. Хоча вони і їли масло, вони не запаслися їжею високою енергетичною щільності в достатній кількості, а замість цього використовували багато білкових продуктів. В результаті кількість калорій в тій їжі, що була у них, було недостатньо.

Верблюди відкладають жир в горбу, і використовують його, а також отриману під час метаболізму воду, під час довгих переходів в пустелі

Відкладення жиру - як спосіб зберігання енергії

Тварини відкладають жир і використовують його, коли не можуть добути їжу. В процесі метаболізму жиру виділяється вода, яку тварини використовують, коли у них немає доступу до питної води. Жир також зручний тим, що в ньому більше енергії на грам, ніж в інших поживних речовинах. Відповідно, один і той же кількість енергії в жирі легше переносити, як частина власного тіла, ніж інші речовини. Верблюди зберігають жир в горбу, і в результаті, поки цих запасів достатньо, вони завжди, навіть в пустелі, мають доступ до води і енергії. У горб поміщається від 15 до 20 кг жиру. Жирові відкладення для тих же цілей є і у китів, тюленів, білих ведмедів, і у багатьох інших тварин.

Колонія північних морських слонів в національному парку Аньо Нуево в Каліфорнії

Дослідники вважають, що люди створюють в організмі запас енергії, «відкладаючи жир». Згідно з деякими теоріями про те, як з'явився цей механізм, вважається, що такий спосіб енергетичних запасів в організмі розвинувся в процес еволюції для того, щоб забезпечувати доступ до енергії навіть тоді, коли харчуватися нічим. Деякі також вважають, що відсоток жиру в організмі у жінок вище тому, що під час вагітності та догляду за маленькими дітьми вони не могли полювати або збирати їжу, тому їм були необхідні великі запаси жиру, в порівнянні з чоловіками. Це було особливо важливо в тому випадку, якщо чоловіки не могли добути достатньо їжі для себе, для жінок і дітей, і з'їдали її самі. Тепер такої необхідності більше немає, але еволюційні пристосування змінюються повільно, тому люди до сих пір відкладають жир. Вважається, що це одна з причин епідемії надмірної ваги у багатьох розвинених країнах, де багато дешевої і легкодоступною їжі.

Уповільнити відкладення жиру і поліпшити процес обміну речовин можна, ведучи активний і здоровий спосіб життя

Енергія, яка використовується мікроорганізмами і рослинами

Більшість тварин отримує енергію з описаних вище органічних речовин, тобто з жирів, білків і вуглеводів. Мікроорганізми, навпаки, отримують енергію з неорганічних речовин, наприклад з аміаку, водню, сульфідів і оксиду заліза. Рослини використовують сонячну енергію, перетворюючи її в хімічну при фотосинтезі. Також як і під час метаболізму у тварин, в процесі фотосинтезу і метаболізму мікроорганізмів виробляється речовина АТФ, яке безпосередньо використовується рослинами і мікроорганізмами як енергія.

Питома теплота згоряння широко поширених видів палива і харчових продуктів

література

Автор статті: Kateryna Yuri

Ві маєте Труднощі в перекладі одиниці віміру з однієї мови на іншу? Колеги Готові вам помочь. Опублікуйте питання в TCTerms и в течение декількох хвилин ви отрімаєте відповідь.

Розрахунки для перекладу одиниць в конвертері «Конвертор питомої теплоти згорання (по масі)» виконуються за допомогою функцій unitconversion.org .