ماشین بخار ماشینی جذاب است که نقش مهمی در توسعه جامعه بشری ایفا کرده است. انرژی حرارتی بخار را به کار مکانیکی تبدیل می کند که می تواند برای اهداف مختلفی مانند نیرو دادن به ماشین آلات، لوکوموتیوها و حتی کشتی ها استفاده شود. بیایید به کارکرد، انواع و اهمیت آن بپردازیم.
موتور بخار طی قرن‌ها با کمک مخترعانی مانند توماس نیوکومن و جیمز وات توسعه یافت. اصل اساسی موتور بخار، تبدیل انرژی ذخیره شده در بخار به انرژی مکانیکی است. این فرآیند شامل گرم کردن آب برای تولید بخار است که سپس منبسط شده و عمل می کند و معمولاً پیستون را در داخل یک سیلندر حرکت می دهد.
با استفاده از یک معادله ساده، کار انجام شده توسط بخار را می توان به صورت زیر نشان داد: \(W = P \times V\) که در آن:
یک موتور بخار معمولی از چندین جزء کلیدی تشکیل شده است:
موتورهای بخار را می توان به طور کلی به دو دسته تقسیم کرد:
کارایی یک موتور بخار نشان می دهد که چگونه می تواند انرژی بخار را به کار مکانیکی تبدیل کند. بازده ( \(\eta\) ) را می توان با استفاده از فرمول محاسبه کرد: \(\eta = \frac{W_{output}}{Q_{input}}\) که در آن:
با گذشت زمان، چندین پیشرفت برای افزایش کارایی موتورهای بخار انجام شده است، از جمله:
علیرغم تحت الشعاع قرار گرفتن موتورهای مدرن تر، موتورهای بخار در طول تاریخ دارای طیف گسترده ای از کاربردها بوده اند:
در حالی که ما نمی‌توانیم آزمایش‌ها را مستقیماً در اینجا انجام دهیم، می‌توان یک آزمایش اولیه موتور بخار را در خانه یا در یک محیط کلاس با نظارت مناسب ایجاد کرد. این شامل حرارت دادن مقدار کمی آب در یک ظرف در بسته است تا زمانی که بخار تولید کند. بخار باعث افزایش فشار داخل ظرف می شود که می توان از آن برای حرکت دادن یک پیستون ساده یا چرخاندن چرخ استفاده کرد. این نشان می دهد که چگونه می توان از بخار برای انجام کار استفاده کرد.
موتور بخار از بسیاری جهات جهان را متحول کرد و انقلاب صنعتی را آغاز کرد و زمینه را برای جامعه صنعتی مدرن فراهم کرد. در حالی که فن‌آوری‌های جدیدتر در بسیاری از کاربردها جایگزین موتورهای بخار شده‌اند، اصول پشت آنها برای درک ترمودینامیک و تبدیل انرژی گرمایی به کار مکانیکی اساسی باقی می‌ماند. موتور بخار گواهی بر نبوغ انسان و قدرت نوآوری است.
