Für den Betrieb der sogenannten Wärmekraftmaschinen wird stets ein Brennstoff benötigt. Bei der Verbrennung findet eine chemische Reaktion zwischen dem Brennstoff und dem Sauerstoff der Luft statt, dabei entstehen die Gase Kohlendioxid und Wasserdampf. Die im Brennstoff gespeicherte chemische Energie in eine Sonderform der inneren Energie.
Die bei einer Verbrennung freiwerdende Energie hängt von der Masse des verbrannten Stoffes und der Art des Stoffes ab. Zur Charakterisierung eines Brennstoffes hat man den Begriff Heizwert eingeführt. Der Heizwert H ist der Quotient aus der (bei vollständiger Verbrennung eines Stoffes) freiwerdenden Energie \(\Delta E\) und der Masse \(\Delta m\) des Brennstoffes.
\[ H = \frac{\Delta E}{\Delta m} \quad \text{mit} \quad \left[ H \right] = \mathrm{\frac{kJ}{g}} \]
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In der folgenden Tabelle sind die Heizwerte gängiger Brennstoffe sowie deren Dichten angegeben.
Stoff
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Heizwert in kJ/g
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Dichte in g/cm3
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Steinkohle |
30
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0,80*
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Braunkohle |
20
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0,75*
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Holzkohle |
31
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0,35*
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Holz trocken |
15
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0,50
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Esbit |
28
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1,25
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Spiritus |
26
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0,80
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Heizöl |
43
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0,83
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Benzin |
41
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0,75
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Diesel |
43
|
0,83
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Erdgas |
44
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0,00080
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Propangas |
46
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0,0020
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Wasserstoff |
120
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0,00009
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* bedeutet im geschütteten Zustand
Wie wird der Heizwert bestimmt?
Der Heizwert ist eine theoretische Größe, die nicht direkt experimentell bestimmt werden kann, da hier angenommen wird, dass nur gasförmige Verbrennungsprodukte entstehen. Experimentell bestimmt man den sog. Brennwert eines Stoffes. Die Brennstoffprobe wird in einem geschlossenen Gefäß in einer reinen Sauerstoffatmosphäre bei einem Druck von 30 bar verbrannt. Aus der Temperaturerhöhung des Systems, dem Gewicht der Probe und der Wärmekapazität des Kalorimetersystems lässt sich der Brennwert errechnen. Man bezeichnet diese Art von Kalorimeter auch Bombenkalorimeter. Der Brennwert liegt meist etwa 10% über dem Heizwert eines Stoffes.
prinzipieller Aufbau |
modernes Bombenkalorimeter |
Auch die vom Menschen aufgenommene Nahrung wird im Körper verbrannt. Allerdings spricht man nicht vom Heizwert der Nahrung sondern vom Nährwert.
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