香煙燃燒的煙頭會產生多少熱量?如何測量? | 知乎問答精選

 

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香煙燃燒的煙頭會產生多少熱量?如何測量?

2019年05月15日 知乎問答精選 暫無評論 閱讀 2 ℃ 次

【Ruki的回答(5票)】:

理論上的計算方法:

1)將香煙置於環境中一段時間確保其溫度與室溫一致;記錄香煙質量(記為m);記錄香煙燃燒前的室溫(假設為T1),燃燒時的溫度(假設為T2);需要已知煙草的熱容(heat capacity,C1),如果求精確的話還需已知外面包裹紙層的熱容(C2);那麼將香煙(假設算作一個整體)從溫度T1加溫到T2所需要的熱量為:Q1=m(C1+C2)(T2-T1);所有變量均使用國際標準單位;假設在升溫的過程中沒有任何物態變化(昇華、融化etc);

2)需要已知煙草成分及所佔百分比。用尼古丁(C10H14N2)舉例,完全燃燒方程式為:C10H14N2+19/2O2---》10CO2+7H2O+2NO,原結構如下:

每個分子在燃燒過程中,斷裂的化學鍵有:

3X(N-C)

2X(N...C)這個...是指右邊環上delocalised的N=C/N-C鍵

4X(C...C)

4X(C-C)

9.5X(O=O)

形成的化學鍵有:

20X(C=O)

14X(O-H)

2X(N=O)

那麼在這個燃燒反應中,放出熱量與焓變(enthalpy change)有關,即= 斷鍵釋放熱量-成鍵吸收熱量;通過查找資料可以簡單計算出,這裡就不重複上面已經列出的公式了;

假設燃燒反應中(1mol)放出的熱量為Qi,尼古丁所佔煙草含量(質量)為i%,那麼1g尼古丁燃燒所放熱量= Qi/molecular mass(分子量 162.23g/mol ); 在質量為m的香煙裡共有mXi%質量的尼古丁,燃燒一支香煙中的尼古丁放熱為(Qi/162.23)X(mXi%);

以此類推可以計算把香煙中所有成分依次計算出來相加;得到總熱量Q2;

3)理論上將一支香煙燃盡的放熱即為Q1+Q2;

4)此計算方法十分粗略,需要如下假設:

i)香煙所有成分已知且任何一支待測香煙都含有同樣含量的同樣成分;(在現實中難以達成,香煙含有數以千計的物質且分佈不均勻)

ii)室溫在燃燒過程中保持不變或基本不變;

iii)香煙為完全燃燒,及所有固態物都反應形成簡單無機物(CO2,H2O,NO,NO2,SO2etc)且能被及時從系統中排出;(這點在現實中基本不可能達到,香煙燃燒冒出的青煙便能表明其實有很多不完全燃燒反應)

5)綜上所述理論計算是有很大誤差的。實際上可以很簡單:把香煙置於一密閉空間內燃燒(需要容器能承受一定程度的壓強),測量內部空氣溫度上升情況,根據1)中公式計算空氣上升這些溫度所需熱量;

6)此方法便於操作,但是也存在一定的誤差,比如當香煙燃燒後空氣的成分會變得很複雜(加入了CO2等),那麼熱容一定會變化導致測量的精準度不可知;香煙在不同環境下燃燒的完全度也不同,所以不可一概而論,需要在不同環境下(比如不同溫度、濕度)多次實驗以確保實驗可靠性和精準度。

7)最後建議樓主盡量減少吸煙,保持身體健康:)

【趙世奇的回答(5票)】:

燃燒熱量,一般採用氧彈測量法。

對於香煙來說,可以分兩種:

  1. 完全燃燒,那麼直接去掉煙蒂,採用氧彈直接測量。

  2. 不完全燃燒,模擬正常燃燒情況,充空氣。

操作過程:

  1. 煙壓片、稱量、填並充氣(要求1充氧氣,2充空氣)

  2. 攪拌恆溫
  3. 點火,記錄數據
  4. 放氣、洩壓,試驗完成
  5. 計算

計算方法:

手頭沒公式編輯器,大概寫一下,通過氧彈外面的水、氧彈熱容計算熱量,然後減去燃燒絲熱量,就是煙燃燒發出熱量,正常情況下,1熱量高於2。為了實驗準確性,請重複多次取均值。

又氧彈測量其實非常便宜,不至於大價錢。但是,在實際研究中,一般研究的是香煙不完全燃燒後產生的尼古丁、一氧化碳、焦油量,以及煙絲醇化程度。各公司比較著力的點其中有一個是香料。

【翁鹱的回答(2票)】:

已經有人回答得非常詳細了,在此要說一下為什麼沒有人做這個實驗。(如果真的有,歡迎指出)

?

這裡要涉及到研究所,實驗室的研究方向。要知道那些人是收了財團,公司,製造商,政府的錢,為老闆們的商業計劃進行研究從而使甲方能賺更多的錢或者產品更靠譜。樓主所說的實驗涉及到燃燒的研究和香煙的研究。

?

對香煙的研究通常在生物或者生物化學方面,主要為對人體的危害等。與燃燒熱量基本無關。

?

對燃燒的研究,ruki所說的燃燒研究方法大量運用在烴燃料和其他工業燃料的燃燒研究中。從中可以推算沒kg燃料在STD下的燃燒條件,對內燃機外燃機的研究有極大的幫助。其豐厚的回報(提高的燃燒效率省下的油錢〉〉研究費用)和良好的形象(保護環境的機器)促使眾多公司進行燃料的燃燒研究。其他的燃燒研究還包括對防火材料(安全與法規促使)的實驗等。

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香煙公司不會對這些熱量進行利用,自然不會花大錢(油費*mass production真的很貴)請實驗室來做香煙的燃燒熱量實驗。

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綜上所述,該實驗可行,但無實用意義,所以沒有人測量過。

【蕭東樓的回答(0票)】:

找個實驗室用氧彈測一下就完事了。

標籤:-冷知識 -Ruki


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