Бензин и газ: топливо для автомобиля

В данной статье мы сравним два вида топлива для автомобилей.

Первое топливо – привычное нам – это бензин. К сожалению, его стоимость высока, поэтому сейчас многие машины работают "на газе". Под этим термином понимается либо смесь пропан-бутан, либо метан. Помимо более низкой цены, газ экологичнее бензина. В этой работе под газом мы будем подразумевать метан (и, соответственно, сравнивать его с бензином).

Работа с бензином не требует каких-то особенных условий. Это жидкость, которая заливается в бензобак автомобиля через заправочный пистолет на АЗС.

Бензин измеряется в литрах. К литрам мы привычны. Мы знаем расход на 100 километров, всегда оцениваем, сколько залить в бак, чтобы хватило на несколько дней или сколько-то километров. С газом всё сложнее.

Метан хранится в сжатом состоянии. Для этого требуется баллон с толстыми стенками, в него можно закачать газ до давления 200 атмосфер.

Кроме того, так как метан газ, то его объём измеряется в кубических метрах ( "кубах" ). Это неудобно. На сколько километров пробега хватит одного куба? Как посчитать? Здесь нам поможет школьная физика.

Для расчётов достаточно знаний по программе 8 класса. Любое топливо – газ, бензин – даёт нам энергию. Часть этой энергии с помощью двигателя превращается в энергию движения автомобиля. Значит, мы должны посчитать, сколько энергии даёт нам куб газа, а потом найти объём бензина, который даёт столько же энергии. Так мы найдём соотношение газ-бензин.

Приступим к вычислениям. Найдём, сколько энергии выделяется при сгорании 1 кубического метра природного газа. Для этого нужно сначала определить его массу. Плотность газа составляет

ρ_газ = 0.7 кг/м³

значит куб газа весит

m_газ = 0.7 кг.

Далее находим теплоту сгорания. Удельная теплота сгорания газа q_газ = 50 МДж/кг, значит,

Q = q_газ * m_газ = 35 МДж.

Теперь проводим вычисления для бензина, но уже в обратную сторону. Сначала по количеству тепла найдём массу бензина, которая должна сгореть, чтобы дать столько же энергии. Снова используем удельную теплоту сгорания (для бензина она равна 44 МДж/кг):

m_бенз = Q/q_бенз = 35/44 = 0.8 кг.

Наконец, по массе бензина мы можем посчитать его объём:

V = m_бенз/ρ_бенз  = 0.8 / 0.75 = 1.07 литра.

Получился довольно простой результат. Оказывается, куб газа по запасу энергии с хорошей точностью равен 1 литру бензина. Например, если закачать в баллон автомобиля 16 кубов (реальное значение), то это соответствует 16-17 литрам бензина. Конечно, это чуть меньше, чем стандартная бензиновая заправка (20-25 литров), но это уже издержки технологии – приходится просто чаще заезжать на заправку.

Видеоверсия: