Introducere:
Motoarele sunt mașini care transformă energia în mișcare sau lucru mecanic. Energia este de obicei furnizată sub formă de combustibil chimic (de exemplu benzină), abur sau electricitate, iar lucrările mecanice sunt de obicei furnizate sub forma unei mișcări rotative a axului. Motoarele sunt de obicei împărțite în:
- în funcție de tipul de energie utilizată, cum ar fi abur, aer comprimat sau benzină
- în funcție de modul de mișcare a pieselor principale pe piston și rotativ
- în funcție de locul în care are loc conversia energiei chimice în energie termică, la motoare cu ardere internă pentru motoarele pe benzină și diesel
- conform metodei de răcire a motorului răcită cu apă sau răcită cu aer
- în funcție de numărul de curse ale pistonului într-un ciclu complet la doi sau patru timpi
- în funcție de tipul de ciclu pe motorul Otto (pe benzină) sau diesel.
Tipuri speciale de motoare sunt motoarele eoliene, turbinele cu gaz, turbinele cu abur, rachetele sau motoarele cu reacție.
Motor cu ardere internă - în patru timpi:
Astăzi, motoarele cu ardere internă alimentează aproape toate mașinile din lume. Folosesc energia gazelor create de arderea amestecului de combustibil pentru mișcare. Motorul pe benzină funcționează furnizând un amestec de aer și benzină cilindrilor în care se află pistoanele. Amestecul este concentrat prin comprimare. Bujia electrică creează o scânteie care aprinde acest amestec și gazele rezultate deplasează pistoanele din cilindri. Amestecul ars este expulzat. Acest lucru creează un ciclu. Pentru motoarele în doi timpi, este necesară o singură rotație a arborelui cu came pe ciclu.
Motor diesel cu ardere interna:
Multe mașini și trenuri sunt alimentate de motoare diesel puternice; sunt și motoare cu ardere internă, dar nu ard benzină, ci motorină. Motorul funcționează similar cu un motor pe benzină, dar nu are bujii electrice, dar este echipat cu o pompă de injecție care injectează motorină în cilindri prin duze. Pistonul comprimă aerul, care îl încălzește la o temperatură foarte ridicată (peste 500 oC), la care se aprinde motorina dispersată - de aceea acest motor se numește motorină.
Motor turboreactor:
Un motor cu reacție (practic o turbină cu gaz) conduce majoritatea avioanelor de mare viteză. Ventilatoarele cu rotație rapidă din partea din față a motorului aspiră aer care trece sub presiune ridicată în mai multe camere. Acolo, aerul comprimat se amestecă cu combustibilul; acest amestec este aprins, gazele de ardere fierbinți se extind și curg către duza de ieșire. În același timp, rotesc o turbină care acționează ventilatoarele în partea din față a motorului. Aerul curge nu numai prin partea principală a motorului, ci și prin canalul de ocolire din jurul acestuia. Acest lucru mărește cantitatea totală de aer care trece prin motor, crescând astfel tracțiunea acestuia. În plus, conducta reduce zgomotul motorului.
Motor cu abur (motor cu abur):
Motorul cu aburi este situat, de exemplu, într-o locomotivă. Cazanul arde lemn sau cărbune, ceea ce generează căldură. Aerul fierbinte și fumul trec prin conductele din rezervorul de apă. Căldura transformă apa în abur. Aburul trece prin tuburi în cilindru, unde apasă pistonul o dată pe o parte, o dată pe cealaltă, mișcându-l astfel. Mișcarea pistonului este transmisă roților motoare. Aburul și fumul scapă prin supapă și ies prin coș.
Motoare electrice:
Motoarele electrice sunt utilaje foarte simple și fiabile. Majoritatea sunt mașini rotative care convertesc energia mecanică în energie electrică sau invers. Acestea constau dintr-un stand fix și un alergător de alergare. Suportul și suportul sunt fabricate din material electric. Pe măsură ce curentul trece prin armătura magnetului, reacția magnetică generează cuplu și armătura magnetului se rotește. Funcționarea alternatorului electric și conectarea câmpurilor bobinei motorului sunt exact la fel ca în generatoare. Rotirea armăturii magnetului induce tensiune în firele armăturii. Această tensiune indusă este în direcția opusă tensiunii externe aplicate a armăturii și, prin urmare, se numește forța electromotivă inversă sau opusă. Pe măsură ce motorul se rotește mai repede, forța electromotivă inversă crește până când este aproape aceeași cu tensiunea utilizată. Curentul este apoi mic și viteza motorului rămâne constantă până când motorul este retras și nu generează nicio lucrare mecanică în afară de lucrarea necesară pentru a roti armătura în sine. Sub sarcină, armătura se rotește mai încet, reduce forța electromotivă și permite să curgă mai mult curent în armătură. Motorul este astfel capabil să primească mai multă energie electrică de la sursă și să creeze mai multe lucrări mecanice.
Deoarece viteza de rotație controlează fluxul de curent în armătură, sunt necesare dispozitive speciale pentru pornirea motorului. Când armătura este în repaus, de fapt nu are rezistență și, dacă este utilizată o tensiune normală de funcționare, va curge un curent mare prin aceasta, care ar putea deteriora alternatorul sau bobina armăturii. Pentru a preveni deteriorarea armăturii, se folosesc rezistențe conectate în serie pentru a reduce curentul până când motorul începe să genereze o forță electromotivă suficientă. Cu cât motorul se mișcă mai repede, rezistența scade treptat, fie manual, fie automat.
Viteza cu care funcționează motorul depinde de puterea câmpului magnetic care acționează asupra armăturii, precum și de curentul din armătură. Cu cât câmpul este mai puternic, cu atât este mai mic numărul de rotații necesare pentru a produce o forță electromotoare de întoarcere suficient de mare ca contrapondere a tensiunii aplicate. Din acest motiv, viteza motoarelor poate fi controlată prin schimbarea curentului.
Hidrogen:
Electricitatea poate descompune apa în gaze: hidrogen și oxigen. Când hidrogenul și oxigenul intră în contact, acestea ard din nou în apă și generează energie. Dar hidrogenul este prea rar pentru a arde. Este mult mai avantajos să-l transformați înapoi în electricitate cu ajutorul unei celule de combustibil. Celula de combustibil generează un curent electric printr-un proces chimic. Aceste „celule” pot avea dimensiuni diferite. Unele sunt atât de mici încât să înlocuiască bateriile mici, dar altele pot fi utilizate în centrale pentru a genera electricitate. DaimlerChrysler a construit un autobuz cu această unitate și Ford promite prima mașină produsă în serie cu această unitate.
Azot:
Cercetătorii Universității Washington dezvoltă o mașină nouă fără emisii nocive. Principiul este același ca și pentru un motor cu aburi, cu excepția absenței combustiei. În schimb, azotul lichid este comprimat, care este apoi transformat în abur în schimbătorul de căldură de către aerul cald care îl înconjoară. Acest schimbător de căldură acționează ca un radiator auto, dar în loc să răcească motorul cu aer, folosește temperatura aerului ambiant pentru a încălzi și a fierbe azotul. Gazul de azot rezultat este furnizat unui motor care funcționează ca un motor cu aburi, transformând presiunea în lucru mecanic. Singurul deșeu este azotul, care reprezintă cea mai mare parte a atmosferei Pământului.