المحرك الحراري
يقوم المحرك الحراري"Heat engine" او محرك الاحتراق بتحويل الطاقة الكيميائية للوقود، إلى طاقة حرارية تستخدم لإنتاج شغل (حركة ميكانيكية).
|
| مراحل تحويل الطاقة الحرارية للوقود ال طاقة ميكانيكية |
ومبدأ عمله هو: يشتعل الوقود المختلط بالهواء فتتولد حرارة (الطاقة الحرارية ) فيحدث تمدد للغازات فيرتفع الضغط فيحدث قوة مؤثرة علي المكبس (البستم ) فيتحرك في خط مستقيم دافعا عمود المرفق (عمود الكرنك) للتحول الي حركه دورانية.
هناك نوعان رئيسيان من المحركات الحرارية وهما محرك الاحتراق الخارجي ومحرك الاحتراق الداخلي.
المؤكسدة) وعادة ما تكون الهواء داخل حيز محكوم يطلق عليه غرفة الاحتراق، وناتج هذا التفاعل غازات بدرجات حرارة عالية وبضغط كبير نسبيا، ويسمح لهذه الغازات بالتمدد، والأمر الرئيس الذي يميز محرك الاحتراق الداخلي هو أن الشغل المفيد تبذله الغازات الحارة المتمددة التي تضغط مباشرة لتسبب حركة أجزاء المحرك الصلبة، وذلك بالضغط على المكبس أو الجزء الدوار أو حتى بتحريك المحرك بأكمله.
مصطلح "محرك الاحتراق الداخلي" كان دائما يستعمل للإشارة إلى المحركات ذات المكبس الترددي (Reciprocating Piston Engines) التي يحدث فيها الاحتراق على نحو متقطع. ومع ذلك، فإن المحركات ذات الاحتراق المستمر مثل المحركات التوربينية الغازية هي أيضا محركات احتراق داخلي.
ويعتبر محرك السيارة مثال جيد جدًا لهذا النوع من محركات الاحتراق.
هناك نوعان رئيسيان من المحركات الحرارية وهما محرك الاحتراق الخارجي ومحرك الاحتراق الداخلي.
محركات الاحتراق الداخلي
محرك الاحتراق الداخلي(Internal Combustion Engine) هو محرك يحترق فيه الوقود والمادة المساعدة للاحتراق (المادةالمؤكسدة) وعادة ما تكون الهواء داخل حيز محكوم يطلق عليه غرفة الاحتراق، وناتج هذا التفاعل غازات بدرجات حرارة عالية وبضغط كبير نسبيا، ويسمح لهذه الغازات بالتمدد، والأمر الرئيس الذي يميز محرك الاحتراق الداخلي هو أن الشغل المفيد تبذله الغازات الحارة المتمددة التي تضغط مباشرة لتسبب حركة أجزاء المحرك الصلبة، وذلك بالضغط على المكبس أو الجزء الدوار أو حتى بتحريك المحرك بأكمله.
مصطلح "محرك الاحتراق الداخلي" كان دائما يستعمل للإشارة إلى المحركات ذات المكبس الترددي (Reciprocating Piston Engines) التي يحدث فيها الاحتراق على نحو متقطع. ومع ذلك، فإن المحركات ذات الاحتراق المستمر مثل المحركات التوربينية الغازية هي أيضا محركات احتراق داخلي.
ويعتبر محرك السيارة مثال جيد جدًا لهذا النوع من محركات الاحتراق.
محركات الاحتراق الخارجي
محرك الاحتراق الخارجي ( External Combustion Engine)هو محرك حراري إذ يسخن مائع ما خارج المحرك عن طريق عملية احتراق خارجية - أي من مصدر خارجي- فيتمدد أو يتحول هذا المائع من حالة إلى أخرى بالحرارة ويولد طاقة حركية تفعل ألية المحرك، بعد ذلك يتم تبريد المائع فينكمش وتتغير حركة المحرك مع انكماشه، ثم تعاد العملية مرة أخرى في دورة مكررة لتشغيل المحرك. |
| كيف يعمل محرك الاحتراق الخارجي |
عادة ما يكون المائع المستعمل غازياً كما في محرك "ستيرلينغ" أو سائل في المحرك البخاري الذي يعمل بالبخار المضغوط لتوليد الحركة ومثال على ذلك ، المحركات القديمة المستعملة في القطارات إذ يولد البخار باستعمال غرفة احتراق خارجية تستعمل فيها مادة الفحم كوقود لأجل تحويل الماء إلى البخار المسؤول عن إدارة المحرك ومن ثم العجلات.
الفرق بين محركات الاحتراق الداخلي والخارجي
ببساطه شديده الطاقة الحركية تنتج من عمليه احتراق خليط الوقود والهواء
،وعلي اساس اين تم هذا الاحتراق يتم تحديد نوعيه المحرك بمعني ان الاحتراق إما أن
يتم خارج أو داخل المحرك، فعندما يتم الاحتراق خارج المحرك، كما في
المحرك البخاري، فالمحرك يسمى محرك احتراق خارجيexternal combustion engine ، حيث يشتعل خليط
من الوقود والهواء في وعاء وتستخدم الطاقة الحرارية الناتجة من تسخين الماء
الذي يتحول إلى بخار. وهذا البخار يتم ضخه إلى داخل المحرك وتستخدم طاقة البخار في تحريك مكبس المحرك والحصول على الطاقة الميكانيكية.
اما محركات الاحتراق الداخلي يتم احتراق الوقود داخل المحرك حيث يحدث احتراق الوقود وتوليد الطاقة داخل حيز الأسطوانات ويحدث تمدد للغازات داخل الأسطوانة
ومحرك السيارة هو أحد أنواع المحركات التي تستخدم الوقود بعد خلطه مع الهواء اللازم لإتمام عملية الاحتراق داخل المحرك و بناء على ذلك فمحركات السيارات تسمى بمحركات الاحتراق الداخلي internal combustion engine. وتسمى أيضًا رباعي الأشواط لأنه يتطلب 4 أشواط للمكبس لإكمال دورة احتراق واحدة.
إذا أخذنا في الاعتبار نوعي المحركات الحرارية ، فإن محركات الاحتراق الداخلي أكثر كفاءة من محرك الاحتراق الخارجي. هذا لأنه لا يتم إهدار أي طاقة في محرك الاحتراق الداخلي عن طريق نقل الحرارة من المرجل إلى الأسطوانة كما هو الحال في محرك الاحتراق الخارجي. كل شيء يحدث في مكان واحد.
|
| الاحتراق في محركات الاحتراق الخارجي |
الذي يتحول إلى بخار. وهذا البخار يتم ضخه إلى داخل المحرك وتستخدم طاقة البخار في تحريك مكبس المحرك والحصول على الطاقة الميكانيكية.
اما محركات الاحتراق الداخلي يتم احتراق الوقود داخل المحرك حيث يحدث احتراق الوقود وتوليد الطاقة داخل حيز الأسطوانات ويحدث تمدد للغازات داخل الأسطوانة
|
| الاحتراق في محرك الاحتراق الداخلي المستخدم في السيارات |
ومحرك السيارة هو أحد أنواع المحركات التي تستخدم الوقود بعد خلطه مع الهواء اللازم لإتمام عملية الاحتراق داخل المحرك و بناء على ذلك فمحركات السيارات تسمى بمحركات الاحتراق الداخلي internal combustion engine. وتسمى أيضًا رباعي الأشواط لأنه يتطلب 4 أشواط للمكبس لإكمال دورة احتراق واحدة.
إذا أخذنا في الاعتبار نوعي المحركات الحرارية ، فإن محركات الاحتراق الداخلي أكثر كفاءة من محرك الاحتراق الخارجي. هذا لأنه لا يتم إهدار أي طاقة في محرك الاحتراق الداخلي عن طريق نقل الحرارة من المرجل إلى الأسطوانة كما هو الحال في محرك الاحتراق الخارجي. كل شيء يحدث في مكان واحد.
اسئلة شائعة
ما هو المحرك الحراري؟
المحرك الحراري هو جهاز يحول الطاقة الحرارية إلى طاقة ميكانيكية. فالمحرك الحراري هو نظام يحول الحرارة إلى عمل بأخذ الحرارة من الخزان (الجسم الساخن) للقيام ببعض الأعمال .نعلم أن الديناميكا الحرارية هي دراسة العلاقة بين الحرارة والعمل. يساعد القانون الأول للديناميكا الحرارية والقانون الثاني للديناميكا الحرارية في تشغيل المحرك الحراري ،القانون الأول هو تطبيق الحفاظ على الطاقة والقانون الثاني يضع حدودًا للكفاءة المحتملة للآلة ويحدد اتجاه تدفق الطاقة
لا يمكن أن تكون كفاءة المحرك الحراري 100٪. اشرح السبب؟
يوجد دائما حرارة مهدرة في المحرك الحراري حيث يتم إعطاء كفاءة المحرك الحراري بواسطة "
ղ = 1 - Q2 / Q1
Q2 = الحرارة مرفوضة إلى الحوض
Q1 = الحرارة الممتصة من المصدر
ستكون كفاءة المحرك الحراري 100٪ فقط عندما تكون درجة الحرارة Q2 صفرًا. لا يمكن أن يحدث هذا لأنه إذا كانت Q2 صفراً ، فإن درجة حرارة مادة العمل ستستمر في الزيادة. في مرحلة معينة ، ستصبح درجة حرارة مادة العمل مساوية للمصدر. لن يكون هناك أي انتقال للحرارة من المصدر إلى مادة العمل في هذه الحالة. وبالتالي ، لن نحصل على أي ناتج.
ما هو محرك كارنو؟
يعتبر محرك كارنو(Carnot Engine) محركًا مثاليًا يمكن أن يعمل في دورة ديناميكية حرارية مغلقة قابلة للانعكاس حيث تمر المادة العاملة بأربع عمليات متتالية مثل التمدد المتساوي الحرارة ، والتوسع الحراري ، والضغط متساوي الحرارة ، والضغط الثابت. إنه أساس الدورات الديناميكية الحرارية الأخرى التي لها تطبيقات واسعة في الصناعات. هناك تطبيقان شائعان هما المحرك الحراري Carnot والثلاجات.
على الرغم من أن محرك Carnot هو المحرك المثالي ، إلا أنه في الواقع لا يوجد محرك يحقق أقصى قدر من الكفاءة النظرية لكارنو نظرًا لأن الاحتكاك يلعب دورًا مهمًا. تعتمد كفاءة محرك Carnot بشكل فريد على درجة حرارة الخزان الساخن والبارد.
مراجع
Heat Engine
مناهج العلوم الصناعية (التعليم الفني العراقي)
مناهج تخصص سيارات (التعليم الفني اليمني)