ماشین گرمایی

وسیله ایست که گرما را به انرژی مکانیکی تبدیل می کند.
● ماشین گرمایی نیوکامن
اساس کارماشین گرمایی نیوکامن تبدیل انرژی گرمایی به انرژی مکانیکی است این دستگاه یکی از اولین ماشینهای گرمایی است که گرمایی که به دیگ بخار داده می شود . برای به کار انداختن یک تلمبه مورد استفاده قرار می گیرد در این ماشین در اثر وزن پیستون دسته تلمبه به سمت پایین حرکت می کند و بخار آب وارد استوانه می شود سپس شیر ورودی آب باز می شود و آب به داخل استوانه فوران می کند و باعث می شود .
مقداری ازبخار آب مایع شود در این صورت فشار داخل استوانه کاهش می یابد و پیستونبه طرف پایین کشیده می شود در نتیجه دسته ی دیگر تلمبه به طرف بالا کشیده می شود و به این ترتیب تلمبه کار می کند.
● دیگر ماشین های گرمایی
این ماشین ها با استفاده از برخی فرآیندهای ترمودینامیکی گرمای حاصل از سوخت را به کار تبدیل می کنند طراحی این ماشین ها عموما به این صورت است که دستگاه پس ازپیمودن چند فرآیند معین به حالت اولیه خود بر می گردد یعنی این ماشین ها در یک چرخه معین کار می کنند.
الف ) ماشین بخار
ماشین بخارچرخه ی معینی دارد مانند ماشین بخار نیروگاه در این ماشین ، دستگاه یعنی آب در یک چرخه مقداری گرما دریافت می کند و بر روی محیط کار انجام می دهد انرژی گرمایی از طریق چشمه گرم به دستگاه دیگ بخار داده شده و قسمتی ازاین انرژی صرف تبدیل آب به بخارشده است و دریک مداربسته با فرآیندهای خاص انرژی حرارتی در پره های توربین به انرژی مکانیکی تبدیل می گردد و طی فرآیند هایی دوباره بخار به صورت آب در آمده و به دیگ بخار بر می گردد.
▪ بخش های اصلی ماشین بخار شامل
۱) دیگ بخار
۲) اتاقک انبساط
۳) چگالنده
۴) تلمبه
۵) شیرهای ورودی و خروجی و لوله های رابط می باشد.
▪ فرآیندهایی که آب در ماشین بخار طی می کند چهار مرحله اصلی دارد
۱) مرحله اول
در این مرحله آب درون دیگ با گرفتن گرما در فشار و دمای بالا تبدیل می گردد در نتیجه دما و حجم بخار آب تا حد معینی افزایش می یابد.
۲) مرحله دوم
در این مرحله شیر ورودی باز می شود و بخار آب که دما و فشار آن زیاد است وارد اتاقک انبساط می شود و به پیستون نیرو وارد می کند وآن را به حرکت در می آورد چون این انبساط بسیار سریع انجام می شود این فرآیند را می توان بی دررو در نظر گرفت و نتیجه عبور بخار از این مرحله انرژی مکانیکی است که باعث حرکت پیستون می شود یعنع کاری که ماشین گرمایی انجام می دهد.
۳) مرحله سوم
در این مرحله شیر ورودی بسته وشیر خروجی باز ، وبخار آب به سوی چگالنده هدایت می شود درانجا بخارآب در فشارثابت گرما از دست می دهد و به مایع تبدیل می شود در نتیجه دما و حجم دستگاه کاهش می یابد.
۴) مرحله چهارم
در این مرحله تلمبه آب حاصل از میعان را به دیگ بخار بر می گرداند و فشار آن را به فشار اولیه می رساند در ماشین بخار کوره منبع گرم و چگالنده منبع سرد است.
ب) ماشین گرمایی درون سوز
ماشینهایی که سوخت را درون موتور می سوزانند ماشین گرمایی درون سوز می باشند و به دو نوع توربینی و پیستونی تقسیم می شوند. موتور های گرمایی درون سوز پیستونی به دو نوع بنزینی و دیزلی تقسیم می شود.
قسمت اصلی موتور بنزینی از یک استوانه که داخل پیستون آن حرکت می کند تشکیل شده است جزای این موتور شامل استوانه، پیستون، دسته، میل لنگ،دریچه ورودمخلوط بنزین و هوا و درچه خروج دود می باشد.
در موتور بنزینی انرژی حاصل از سوخت سبب حرکت پیستون می شود که این حرکت از طریق دسته و میل لنگ به حرکت دورانی تبدیل میشود.
الف ) مرحله مکش
مخلوط بنزین وهوا از طریق دریچه ورودی وارداستوانه می شود دریچه بسته شده ومخلوط بنزین و هوا در داخل استوانه محبوس می شود.
ب ) مرحله تراکم
پیستون بالا می آید مخلوط را متراکم می کند و دمای مخلوط بسیار بالا می رود.
پ ) مرحله آتش گرفتن
در این مرحله شمع جرقه می زند و مخلوط آتش می گیرد و دما و فشار آن تا مقدار زیادی بالا می رود.
ت) مرحله انجام کار
در اثر فشار زیاد پیستون پایین می رود و این کاری است که دستگاه بر روی محیط انجام می دهد.
ث ) مرحله تخلیه
در این مرحله دود حاصل از سوختن از طریق دریچه ی خروج دود محیط انجام می دهد.
ـ تذکر
به موتور بنزینی ماشین درون سوز گویند زیرا این ماشین گرما از بیرون نمی گیرد بلکه گرما در اثر آتش گرفتن مخلوط بنزین و هوا در داخل استوانه حاصل می شود.
● چرخه اتو
برای تطبیق ماشین های گرمایی درون سوزبا چرخه های ترمودینامیکی ازچرخه اتو استفاده می شود در این چرخه به جای اینکه مخلوط آتش گیرد به دستگاه گرما داده می شود.
● بازده ماشین های گرمایی
با توجه به قانون اول ترمودینامیک در یک چرخه کامل ماشین گرمایی می توان نوشت در این رابطه گرمای گرفته شده از منبع گرم ، مقدار گرمای داده شده به منبع سرد و کار انجام شده است چون دستگاه در یک چرخه به حالت اولیه بر می گردد پس در این صورت بازده ماشین های گرمایی به صورت زیر نوشته می شود.

منبع : فیزیک آنلاین