Autod

Meie esimeses tarbimist puudutavas peatükis uurime me modernse tsivilisatsiooni ikooni: autot, milles sõidab üks inimene. Kui palju energiat tarbib üks tavaline autoomanik? See on lihtne aritmeetika, kui teame vahetuskurssi:

1 p ¨ a evas kasutatud energia = \frac{1 p ¨ a evas s ˜ o idetud vahemaa}{k ¨ u tuse ¨ u hiku kohta s ˜ o idetud vahemaa} \times ¨ u hiku k ¨ u tuse energiasisaldus

Ütleme, et ühes päevas sõidetav vahemaa on $50 k m$ ( $30$ miili).

Kütuse ühiku kohta sõidetud vahemaa, või auto kütusekulu, saame meil tavaliselt autoreklaamides pakutavatest numbritest selle kohta, kui palju kulutab auto kütust $100 k m$ kohta. Võtame selleks numbriks $33$ miili Briti galloni kohta ( $8$ liitrit $100 k m$ kohta):

K ¨ u t u s e ¨ u h i k u k o h t a s ~ o i d e t u d v a h e m a a = \frac{1 l i i t e r \cdot 100 k m}{8 liitrit 100 km kohta} 1 ≃ 12 km liitri kohta

(Sümbol $≃$ tähendab „on ligikaudu võrdne”.)

Joonis 3.2: Tahate teada, kui palju energiat on autokütuses? Uurige või või margariini pakendit. Nende kalorsus on 3000kJ 100g kohta, mis teeb umbes 8kWh kg kohta.

Kuidas jääb ühiku kütuse energiasisaldusega (nimetatakse ka kütteväärtuseks või energiatiheduseks)? Teeme asja enda jaoks põnevamaks ja hindame seda suurust kaudselt. Autokütus (ükskõik, kas diisel või bensiin) on süsivesinik ja süsivesinikud on juhtumisi ka meie hommikusöögilaual, kusjuures nende kütteväärtus on mugavalt pakendilt loetav: see on umbes $8 k W h$ $k g$ kohta (vt joonis). Kuna me väljendasime kütusekulu miilides kütuse ruumala ühiku kohta, siis peame ka kütteväärtuse kirja panema kui energia ruumala kohta. Et teisendada kütuse „ $8 k W h$ $k g$ kohta” (energia massiühiku kohta) energiaks ühikruumala kohta, peame teadma kütuse tihedust. Milline on või tihedus? Kuna või napilt ujub vees, nagu ka kütuse laigud, siis võime öelda, et selle tihedus peab olema veidi väiksem vee tihedusest (so $1 kg$ liitri kohta). Kui võtame tiheduseks $0, 8 kg$ liitri kohta, siis saame kütteväärtuseks:

8 \frac{kWh}{kg} \times 0, 8 \frac{kg}{liiter} ≃ 7 kWh liitri kohta

Selle asemel, et lõputult ebakorrektset väärtust kasutada, võtame siitpeale kasutusele õige väärtuse, milleks on $10 kWh$ liitri kohta.

energiat p ¨ a eva kohta = \frac{p ¨ a evas s ˜ o idetud vahemaa}{k ¨ u tuse ¨ u hiku kohta s ˜ o idetav vahemaa} \times energia k ¨ u tuse ¨ u hiku kohta = \frac{50 k m / p}{12 k m / l i i t e r} \times 10 k W h / l i i t e r ≃ 40 kWh/p

Joonis. 3.3: Autode peatüki järeldus: tüüpiline autoomanik kasutab umbes $40 kWh$ energiat päevas.

Palju õnne! Me oleme saanud oma esimese hinnangu tarbimisele. Ma panin selle hinnangu joonise vasakusse tulpa. Punase kasti kõrgus märgib $40 k W h$ päeva ja inimese kohta.

See on hinnang tüüpilise autojuhi kohta, kes juhib tänapäevast tavalist autot. Allpool me hindame kõigi Briti inimeste keskmist tarbimist, kus arvestame ka seda, et kõik inimesed ei kasuta autosid. Raamatu teises osas hindame ka seda, milline võiks olla tarbimine siis, kui kasutaksime teisi tehnoloogiaid, näiteks elektriautosid.

Miks sõidab auto $33$ miili galloni kohta? Kuhu see energia läheb? Kas on võimalik toota autosid, mis läbivad $3300$ miili galloni kohta? Autode energiatarbe vähendamiseks peame teadma füüsikat, mis kirjeldab autode energiatarbimist. Nendele küsimustele vastatakse tehnilises peatükis Autod II, kust leiate ka piltidesse pandud autode energiatarbimise teooria. Soovitan teil tehnilisi peatükke lugeda juhul, kui valemid nagu $\frac{1}{2} m v^{2}$ ei põhjusta teile meditsiinilisi probleeme.

Peatüki Autod järeldused: tüüpiline autojuht kasutab $40 k W h$ energiat päevas. Järgmisena peame me alustama taastuvenergia tulbaga, et meil oleks võimalik seda hinnangut millegagi võrrelda.

Küsimused

Kui palju energiat kulub autokütuse tootmiseks?

Hea küsimus. Kui me hindame mingisugusele tegevusele kuluvat energiat, siis me tavaliselt valime sellele tegevusele üsna kindlad piirid. Selline valik teeb hinnangute andmise kergemaks, aga ma nõustun, et hea oleks hinnata tegevuste täielikku energiatarvet. On hinnatud, et iga ühiku autokütuse valmistamiseks kulub $1, 4$ ühikut naftat ja teisi esmaseid kütuseid (Treloar et al., 2004).

Kui palju energiat kulub autode tootmiseks?

Ka see küsimus jääb sellest konkreetsest rehkendusest välja. Me räägime autode tootmisest alapeatükis Asjad.

Märkused ja lisamaterjalid

Joonis 3.4: Briti inimeste harjumused liikumisel tööle ja töölt koju, 2001. aasta rahvaloenduse andmetel.

Ütleme, et ühes päevas sõidetav vahemaa on $50 k m$ . See vastab $18000 k m$ ( $11000$ miilile) aastas. Umbes pool Briti elanikkonnast sõidab autoga tööle. Autosõidu kogukilometraaž ÜK-s on $686$ miljardit reisija-km aastas, mis vastab „keskmise Briti inimese päevas sõidetavale vahemaale" $30 k m$ päevas. Allikas: Department for Transport [5647rh]. Nagu ma ütlesin, ma hindan „tüüpilise keskmiselt jõuka inimese" tarbimist - tarbimist, mille poole paljud inimesed pürgivad. Mõned inimesed ei sõida peaaegu üldse autoga. Selles peatükis tahan ma hinnata sellise inimese energiatarbimist, kes on valinud autoga sõitmise, mitte ei depersonaliseeri vastust rääkides ÜK keskmisest, mis segab kokku autoga sõitjad ja autoga mittesõitjad. Kui ma ütlesin „keskmine auto energiatarbimine ÜK-s on $24 k W h / p$ inimese kohta,” siis ma võin kihla vedada, et mõned inimesed saavad asjast valesti aru ja arvavad: „Ma kasutan autot, järelikult ma tarbin $24 k W h / p$ .”

Kui võtame tiheduseks $0, 8 kg$ liitri kohta.Bensiini tihedus on $0, 737$ . Diislikütuse tihedus on $0, 820 - 0, 950$ [nmn4l].

... õige väärtuse, milleks on $10 kWh$ liitri kohta. ORNL [2hcgdh] pakub selliseid kütteväärtuseid: diiselkütus: $10, 7 k W h / l$ ; lennukikütus: $10, 4 k W h / l$ ; bensiin: $9, 7 k W h / l$ . Kui otsite andmeid kütteväärtuse kohta, siis leiate „kogukütteväärtuse" ja „netokütteväärtuse” (samuti high heat value ja low heat value). Mootorikütustel erinevad need vaid 6%, nii et ei ole väga kriitiline neid eristada, aga ma seletan sellegipoolest. Kogukütteväärtus on tegelik keemiline energia, mis vabaneb kütuse põlemisel. Üks põlemise saaduseid on vesi ja enamikus mootorites ja jõujaamades läheb osa energiat selle vee aurustamiseks. Netokütteväärtus mõõdab, kui palju energiat jääb järele, kui oletame, et vee aurustamisele kuluv energia on läinud.

Kui me küsime „kui palju energiat ma oma elustiiliga tarbin," siis on õige kasutada kogukütteväärtust. Netokütteväärtusest on huvitatud jõujaamade insenerid, et otsustada, millist kütust millises jõujaamas põletada. Selles raamatus me üritame läbivalt kasutada kogukütteväärtust.

Viimane märkus läheb pedantidele, kes ütlevad, et „või ei ole süsivesik": OK, või ei ole puhas süsivesik, aga me saame heas lähenduses öelda, et või peamine komponent on pikk süsivesikute ahel, nagu ka bensiinil. Selle tõestuseks on asjaolu, et see lähendus tõi meid õigele vastusele lähemale kui $30 %$ . Tere tulemast geriljafüüsikasse.