Motoare

Categoria: Referat Fizica

Descriere:

Energia aburilor inca mai asigura o mare parte din energia folosita in prezent. Chiar si cele mai avansate reactoare nucleare sunt doar simple surse de caldura care transforma apa in aburi pentru a actiona turbine legate la generatoare de electricitate...

MOTOARE

1. - MOTOARE CU ABURI -

          Energia aburilor inca mai asigura o mare parte din energia
folosita in prezent.Chiar si cele mai avansate reactoare nucleare
sunt doar simple surse de caldura care transforma apa in aburi 
pentru a actiona turbine legate la generatoare de electricitate.
---------------------------------------------------------------------------------  
Prima masina cu aburi a fost inventata in secolul I e. n. de catre in-
ginerul grec Heron din Alexandria. O sfera goala pe dinauntru era
pivotata pe doua tuburi prin care treceau aburii dintr-un mic fierba-
tor.Aburii umpleau sfera si ieseau prin tevi dispuse in parti opuse ale
acesteia. Jeturile de aburi care tasneau determinau sfera sa se ro-
teasca .Totusi ,in ciuda faptului ca era o inventie interesanta , masi-
na nu servea unui scop util.
Prima masina cu aburi cu utilitate practica a fost inventata in 1698
de un inginer englez pe nume Tomas Savery. Aburul dintr-o camera
era racit pana se condensa si forma o cantitate mica de apa. Redu-
cerea mare a volumului producea un vid partial,care era folosit pen-
tru a absorbi apa din minele de carbuni.

Forta pistonului

La masina inventatade inginerul englez Tomas Newcomen , in jurul
anului 1710 , aburii impingeau un piston in sus printr-un cilindru .
Apoi cilindrul era racit pentru a condensa aburii ,si pistonul era tras
in jos .Condensarea aburilor reducea presiunea din cilindru ,astfel
incat presiunea atmosferica era suficienta pentru a impinge pistonul in jos.
Din acest motiv , Newcomen isi numea masina cu aburi ``at-
mosferica`.Ea era folosita pentru a pune in functiune pompe de mina.
Desi s-a dovedit mult mai eficienta decat sistemul lui Savery , masina
lui Newcomen era extrem de inceata si ineficace . Aceasta pentru ca
dupa racire cilindrul trebuia incalzit pentru a produce din nou aburi
necesari care sa impinga pistonul in sus.Altfel aburiii s-ar fi conden-
sat instantaneu.

 Masina lui Watt

Cel care a rezolvat aceasta problema a fost inginerul scotian James
Watt . La masina sa inventata in 1769 ,aburii treceau intr-o camera
separata pentru condensare .Deoarece cilindrul nu era incalzit si racit
alternativ ,pierderile de caldura ale masinii erau relativ scazu-
te.De asemenea ,masina lui Watt era mai rapida ,pentru ca puteau
admite mai multi aburiin cilindru odata ce pistonul se intorcea in po-
zitia initiala.Aceasta si alte imbunatatiri concepute de Watt au fa-
cut ca masina cu aburi sa poata fi folosita intr-o gama larga de apli-
catii.
      In perioada victoriana ,locomotive cu aburi puternice revolutio-
nasera deja calatoria pe uscat.Masinile cu aburi au facut posibile si
tiparirea ziarelor ,torsul si tesutul textilelor si actionarea masinilor
de spalat in ``spalatoriile cu aburi`` .Masinile cu aburi puneau in
miscare caruselele ,iar unii fermieri foloseau energia de abur pentru
a ara pamantul.Antreprenorii de curatatorii aveau aspiratoare cu
aburi ,si la cele mai bune frizerii din orase existau chiar si perii pen-
tru masarea capului actionate de aburi.
Miscarea rotativa

Miscarea primelor masini cu aburi produceau o miscare alterna-
tiva (de `` du-te-vino``)prin intermediul pistoanelor care se deplasau
in cilindrii.Aceasta miscare a putut apoi sa fie transformata in mis-
care rotativa prin mijloace mecanice.
    Turbinele cu aburi produc miscarea rotativa nemijlocit prin forta
aburilor.Mai multi inventatori au experimentat cu turbine cu aburi
in anii 1800 , insa abia in anul 1884 a aparut un model eficient si
manevrabi,inventat de inginerul englez Charles Parsons . La cativa
ani de la inventie turbinele Parsons erau folosite la propulsarea va-
selor si actionarea generatoarelor.

Transformarea energiei

        Masinile cu aburi si turbinele transforma caldura in energie .La
ambele caldura produsa de combustibil este folosita la fierberea  de
apa ,obtinandu-se un volum de aburi de 1600 de ori mai mare ,iar
aburii comprimati provoaca miscare . La motoarele cu piston aburii
se dilata intr-un cilindru ,impingand un piston.La turbinele cu aburi,
aburii care se dilata actioneza rotoare. In ambele cazuri , aburii pird
energie termica.
        Masinile cu aburi si turbinele sunt exemple de motoare cu arde-
re externa ,deoarece caldura se aplica in afara sectorului de lucru ,
de obicei prin combustie-arderea combustibililor . Aburii sunt creati
in fierbatoare prin arderea petrolului sau a carbunilor. In centralele
nucleare caldura este produsa prin reactii nucleare.

2. - MOTOARE ELECTRICE -

             Electricitatea fiind o forma foarte avantajoasa de energie ,ge -
neratoarele si motoarele electrice au o utilizare foarte larga - de la
motoare pentru burghie si pana la locomotive.                    
--------------------------------------------------------------------------------
Electricitatea exista de la crearea materiei ,intrucat materia este
formata din atomi ,care contin particule incarcate electric ,numite
protoni si electroni .Vechii greci stiau ca frecand o bucata de chih-
limbar cu o bucata de panza ,aceasta va atrage obiecte usoare ,dar
nu aveau o explicatie a acestui fenomen.De fapt ,frecarea genereaza
electricitate.
Materialele neincarcate electric au un numar egal de electroni,in -
carcati negativ,si de protoni ,incarcati pozitiv , care se neutralizeaza
reciproc .Insa prin frecarea a doua materiale ,se produce un transfer
de electroni de la unul la altul , dezechilibrand incarcarea lor elec-
trica . Cel care primeste electroni se incarca negativ , iar cel care
pierde electroni se incarca pozitiv .

Motorul cu megavolti

      Unul dintre generatoarele prin inductie des folosite este cel in -
ventat in anul 1931 de Van de Graaff . O curea confectionala dintr -
un material izolant transmite energia unei sfere metalice , care ajun-
ge in cele din urma la cateva milioane de volti.Generatorul electric
de tip Van de Graaff  este utilizat pentru a testa materiale izolante
care trebuie sa reziste la tensiuni mari . De asemenea , acest tip de
generator este utilizat in cercetarea nucleara ,tensiunea inalta fiind
folosita pentru accelerarea vitezei particulelor de subatomi.
      Cu toate ca generatoarele prin frecare si inductie genereaza o
tensiune foarte inalta , ele nu pot genera curent continuu . Aceasta
nevoie a fost satisfacuta doar la sfarsitul anilor 1790 , cand omul de
stiinta italian Alessandro Volta a inventat prima baterie , inventie
care a condus la utilizarea electricitatii pentru iluminat la sfarsitul
secolului XIX .
      Chiar daca bateria este o sursa convenabila de electricitate uti -
lizata in multiple scopuri , ea se uzeaza si trebuie fie inlocuita , fie
schimbata .Asadar , bateria nu este o sursa potrivita pentru a genera
curent electric unei intregi comunitati.
     Experientele de la inceputul secolului al XIX-lea au dus la dezvol-
tarea generatoarelor moderne.

Motoare cu curent continuu

      Curentul continuu este un curent electric care circula intotdeau -
na in aceeasi directie dinspre o baterie sau orice alta sursa . Daca se
conecteaza o baterie la la bobina unui motor electric simplu , aceas -
ta se comporta ca un magnet, avand la un capat polul nord  si la ce -
lalalt polul sud . Intrucat polii opusi se atrag , polul nord al bobinei
este atras de polul sud al magnetului permanent , iar polul sud al bo-
binei este atras de polul nord al magnetului permanent . Aceste forte
de atractie produc rotirea bobinei .
        Totusi , un schimbator automat numit comutator schimba direc -
tia de circulatie a curentului electric prin bobina .Cumutatorul unui
motor de curent continuu simplu este alcatuit dintr-un inel de cupru
taiat in doua si instalat pe un material izolator , pe axa de rotatie .
Capetele bobinei sunt conectate la cele doua capete ale inelului .Cu-
rentul electric circula prin intermediul unei perechi de carbuni nu -
miti perii , conectati la partile opuse ale cumutatorului . Rotatia axu-
lui face ca fiecare din perii sa fie conectata pe rand la polii bobinei .

Motoare cu curent alternativ

       Curentul alternativ isi schimba de regula directia de 50 sau 60
de ori pe secunda . Unele motoare care functioneaza cu curent alter-
nativ au un rotor alimentat cu curent prin intermediul unui cumuta -
tor , la fel ca si in cazul motoarelor cu curent continuu . Insa la ma -
joritatea motoarelor cu curent alternativ , rotorul nu este conectat ,
motorul functionand in acest caz pe baza unui principiu numit induc-
tie  . Curentul alternativ care circula prin fluxurile statorului produc
un camp magnetic , ca si cel produs de rotirea unui magnet perma -
nent . Acest camp mobil produce un camp in fluxurile rotorului ,
magnetizandu-l . Astfel , el se roteste , din cauza respingerii polilor
sai de actre campul magnetic care il inconjoara .
      Rotorul poate fi prelucrat din bare de cupru sau de aluminiu , co-
nectate la capete la doua inele metalice . Ansamblul rotorului seama-
na cu o cusca , motiv pentru care acestui tip de motor i se mai spune
si motor-cusca de veverita.

Motoare sincrone

         La motoarele prin inductie , rotorul se misca mai incet decat
campul magnetic care il inconjoara . La motoarele sincrone , rotorul
se misca in acelasi timp cu campul magnetic care il inconjoara . Un
motor sincron simplu este constituit dintr-unul sau mai multi magneti
permanenti , polii acestora fiind atrasi de polii opusi ai campului
magnetic inconjurator , astfel incat se rotesc cu aceeasi viteza . La
unele motoare , rotorul nu este un magnet permanent , ci un electro-
magnet , dar principiul de functionare este acelasi . Un alt tip de mo-
tor sincron  foloseste flucturatiile de curent alternativ pentru a pro-
duce un camp magnetic care determina rotirea unei roti zimtate.
Acesta este principiul de functionare a unor ceasuri electrice.
         Majoritatea motoarelor electrice genereaza miscare circulara.
Unele au insa spirele stativului liniare ,producand un camp magnetic
liniar , care va atrage materiale conductoare . Acest tip de motor
se numeste motor prin inductie liniara  si este utilizat pentru a pune in
miscare usi glisante , benzi pentru bandaje la aeroporturi , precum si
la conducerea unor trenuri de mare viteza .

3. - MOTOARE CU BENZINA -

        Motorul cu benzina a revolutionat transportul la inceputul a -
nilor 1900 . Pe sosele , vehiculele cu aburi si gaze au cedat locul ce-
lor cu benzina . In aer , pana la aparitia motorului cu reactie doar
motoarele cu benzina asiguraau energia necesara zborului .
--------------------------------------------------------------------------------
Motoarele cu benzina , asemenea motoarelor DIESEL si celor de
rachete , sunt motoare cu ardere interna . Combustibilul arde in in-
teriorul acestora pentru a asigura energia de miscare . La un altfel
de motor , vaporii de benzina sunt amestecati cu aer si aprinsi de o
scanteie . Amestecul de benzina si aer arde atat de repede incat ex-
plodeaza si gazele produse se dilata rapid . Aceasta dilatare impinge
un piston printr-un cilindru , iar miscarea pistonului roteste un ax
pentru producerea miscarii de rotatie . La motoarele mari actionea-
za mai multe pistoane si mai multi cilindri in succesiune rapida ,pen-
tru a produce o forta de torsiune mai uniforma . La motoarele cu
benzina rotative , care nu au cilindri , gazele actioneaza direct un
rotor .

Motoare in doi timpi

        Cel mai simplu motor cu benzina cu cilindri , folosit la unele
masini mici si la multe motociclete , este motorul in doi timpi. Pentru
fiecare piston ciclul de operare  are doua faze . Intai pistonul urca in
cilindru pentru a comprima un amestec de combustibil si aer in spa -
tiul de deasupra sa . In acelasi timp , o noua incarcatura de amestec
este aspirata pe sub piston . O scanteie produsa de o tensiune inalta ,
aprinde amestecul comprimat , si gazele care explodeaza imping pis-
tonul in josul cilindrului . Noul amestec impinge gazele arse in afara
printr-un canal de evacuare , si el insusi comprimat cand pistonul
urca din nou .
       Cand se afla sus , pistonul blocheaza canalul de evacuare , astfel
gazele dilatate nu pot iesi . Acest canal se deschide cand pistonul
ajunge jos . Pozitia pistonului controleaza , de asemenea , canalul de
admitere a amestecului de combustibil si aer si canal deversor.
        Miscarea de sus - jos a pistonului roteste un ax numit arbore
cotit cu manivela . De arborele cotit este asezat un volant greu , care
continua sa se roteasca dupa ce pistonul a ajuns in pozitia cea mai joasa .
Astfel , volantul transforma exploziile de energie provocate de coborarea
pistonului , intr-o miscare continua relativ uniforma ,
si impinge pistonul inapoi in sensul cilindrului in a doua parte a fie-
carui ciclu .
       Motoarele in doi timpi sunt relativ ieftine , dar sunt ineficiente in
transformarea combustibilului in energie de miscare . Din acest
motiv , majoritatea motoarelor mai mari functioneaza pe ciclul mai
eficient in patru timpi .

Motoare in patru timpi

             La un motor in patru timpi exista patru faze in operarea
fiecarui piston . La prima miscare in jos , numita cursa de admisiune,
amestecul de combustibil si aer este aspirat deasupra pistonului .
Apoi pistonul se misca in sus , comprimand amestecul , aceasta
a doua faza fiind numita timp de compresiune  . Amestecul comprimat
explodeaza datorita unei scantei , impingand pistonul in jos in
cea dea treia faza , numita cursa utila sau activa .  Apoi pistonul urca din
nou , de data aceasta expulzand gazele arse . Dupa aceasta a patra
faza , numita timp de evacuare , procesul se repeta .
        Desi motorul in patru timpi este mai eficient decat cel in doi
timpi , doar in jur de a treia parte din energia combustibilului este
transformata in energie utila de miscare . Restul se pierde . Proble -
ma principala se datoreaza miscarii oscilante (de `du-te-vino`) a
pistoanelor . Fiecare piston , osciland de mai multe mii de ori pe
minut ,consuma o parte din energia asigurata de combustibil .