موتور حرارتی

موتور حرارتی ساده

توربین های غول پیکری که انرژی الکتریکی خانه هایمان را تولید می کنند. وجه مشترک همه این موتور ها در این است که مقداری از انرژی که از جسم گرم به جسم سرد منتقل می شود را می دزدند و به انرژی حرکتی تبدیل می کنند.

وقتی گازی (مثل هوا یا بخار) گرم می شود، مولکول های گاز سریع تر حرکت می کنند. هرچه آنها سریع تر حرکت کنند، به اجسامی که در سر راهشان باشند سخت تر برخورد می کنند. اگر ما چیزی در مقابل راهشان قرار دهیم، مثل پروانه یا فرفره، آنها را به چرخش در می آورند (این اساس توربین هایی است که برق درست می کنند). اگر ما گاز را در محفظه درب داری محبوس کنیم، درب قوطی با ضربه پرتاب می شود ( این اساس کار موتور ماشین ها است). اگر ما اجازه دهیم مولکول ها، به سرعت از سوراخی (در یک طرف محفظه) خارج شوند، آنگاه ما موتور موشک خواهیم داشت. در چند پروژه آینده ما سعی می کنیم چند نمونه از موتورهای حرارتی اولیه را بسازیم.

ساده ترین قایق بخار

این ساده ترین موتور بخاری است که تا اکنون دیده اید. این دستگاه هیچ سوپاپ یا قسمت متحرکی ندارد، اما به راحتی می تواند در آب حرکت نماید.

توصیه می شود برای این فعالیت پژوهشی اولیاء محترم نیز کمک کنند.

تصویر زیر تقریباً همه چیز این دستگاه را نشان می دهد.

این قایق یک بطری پلاستیکی است که در راستای طولی برش خورده است. ما از بطری آب اکسیژنه استفاده کرده ایم. شما به راحتی می توانید آن را با چاقو برش داده و دو نیم کنید.

نزدیک سینه قایق یک شمع (رومیزی) قرار دهید. ما در اینجا یک شمع با قوطی کوچک آلومینیومی را انتخاب کرده ایم که بلندی آن کمتر از ٢.٥سانتیمتر است، و پایین تر از سطح قایق قرار می گیرد و به اطراف چکه نمی کند. قوطی آلومینیومی موم ذوب شده را در خود نگه می دارد، بنابراین قایق می تواند ساعت ها حرکت کند. برای ثابت کردن قوطی به بدنه قایق، می توان از چسب مایع استفاده نمود.

موتور از لوله ٨/١ اینچ مسی (نرم) ساخته می شود. این لوله را می توانید از تعمیرگاه های یخچال تهیه نمایید. البته لوله ٤/١ اینچ مسی بیشتر پیدا می شود ولی لوله ٨/١ اینچی با شعله شمع کوچک (و قایق سبک) بهتر کار می کند.

بهترین راه برای برش لوله استفاده از لوله بُر است. شما می توانید از اره نیز استفاده کنید، اما براده ها را به کمک چاقو یا سنباده تمیز کنید.

لوله را به نرمی حول قلم یا یک مداد بزرگ خم کنید تا حلقه ای در وسط آن شکل گیرد. به کمک میخ، دو سوراخ در انتهای قایق ایجاد کنید، و لوله را با فشار از سوراخ ها عبور دهید. سوراخ باید کاملاً به لوله محکم شود تا به شکل آب بندی در آید. البته شما می توانید سوراخ ها را در قسمت بالای پشت قایق ایجاد کنید و سپس لوله را خم نموده تا انتهای لوله در زیر آب قرار گیرد و به سمت عقب نشانه رود.

به نرمی لوله را خم کنید تا حلقه آن بالای محل شمع قرار گیرد. اکنون ساخت قایق پایان یافته و آماده به آب انداختن است.

لوله مسی باید پر از آب باشد و دو انتهای باز آن در زیر آب قرار داشته باشد. راه راحت برای پر کردن لوله این است که یک سر لوله را زیر آب قرار داده و طرف دیگر آن را بمکید، بدین ترتیب لوله پر از آب می شود.

وقتی لوله پر از آب شد، و قایق در آب قرار گرفت (هر دو طرف لوله باید در زیر آب باشد)، شمع را روشن کنید.

وقتی لوله به اندازه کافی گرم شد و آب داخل آن به جوش آمد، قایق ناگهان تکانی خورده و به جلو می رود. اگر انگشتتان را در زیر آب (نزدیک انتهای لوله) قرار دهید، ضربه های آب (حدود ٥ تا ١٠ بار در ثانیه) را احساس می کنید. این ضربه ها قایق را به پیش می برد.

برای مشاهده فیلم کلیک کنید.

در شکل زیر، به جای شمع یک تکه الکل جامد برافروخته (داخل ظرف آلومینیومی) قرار داده شده است. این شعله حرارت بیشتری دارد و قایق تند تر حرکت می کند.

این قایق چگونه کار می کند؟

 وقتی آب داخل حلقه لوله به جوش می آید، بخار منبسط می شود و آب داخل لوله را به عقب می راند. عکس العمل آن قایق را به جلو هل می دهد. وقتی بخار باز هم منبسط می شود، به بخشی از لوله که برای پر شدن آب است می رسد. این قسمت لوله خنک است، و در نتیجه بخار سرد شده و به آب تبدیل می شود. در نتیجه منقبض شده و به عقب باز می گردد. این باعث بوجود آمدن خلاء شده و آب بیشتری را به داخل لوله می کشد.

البته شما می توانی قایق را به شکل های مختلفی بسازید.