מנוע חום

מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית
יש לערוך ערך זה. הסיבה היא: הערך עוסק בעיקר בדלקי נפט ולא במנוע חום. חסר הסבר תרמודינמי על מנועי חום, וסוגים שונים של מנועי חום גם כאלה שאינם מונעים בדלק..
אתם מוזמנים לסייע ולערוך את הערך. אם לדעתכם אין צורך בעריכת הערך, ניתן להסיר את התבנית. ייתכן שתמצאו פירוט בדף השיחה.
יש לערוך ערך זה. הסיבה היא: הערך עוסק בעיקר בדלקי נפט ולא במנוע חום. חסר הסבר תרמודינמי על מנועי חום, וסוגים שונים של מנועי חום גם כאלה שאינם מונעים בדלק..
אתם מוזמנים לסייע ולערוך את הערך. אם לדעתכם אין צורך בעריכת הערך, ניתן להסיר את התבנית. ייתכן שתמצאו פירוט בדף השיחה.
תרשים של מנוע חום

מנוע חום הוא מכונה שהופכת אנרגיה תרמית לעבודה מכנית. מקור החום יכול להיות בעירה של דלק, אנרגיה סולארית, אנרגיה גאותרמית וכדומה. על מנועי חום נמנים מנוע דיזל, מנוע בנזין, טורבינת קיטור, מנוע סילון, טורבינת גז ועוד.

הפקת אנרגיית חום מדלק[עריכת קוד מקור | עריכה]

הפקת אנרגיית חום נעשית על ידי שריפת דלק. שרפה היא תהליך כימי, במהלכו ניתקים הקשרים הכימיים בין היסודות מהם מורכב הדלק (פחמן ומימן בעיקר), והם מתחברים מחדש עם אטומי חמצן המצוי באוויר. תוצר השרפה היא תערובת חדשה של גזים, הנקראים גזי שרפה. תהליך ההתחברות מחדש של האטומים מלווה בשחרור אנרגיית חום גדולה, הנקלטת על ידי הגזים שנוצרו בשרפה ומעלה את הטמפרטורה שלהם בשיעור רב מאוד.

ההרכב הכימי של הדלק[עריכת קוד מקור | עריכה]

דלק גולמי הוא תערובת סבוכה של פחמימנים (hydrocarbons) מסוגים שונים. פחמימנים הם תרכובות אורגניות, שהמולקולות שלהן בנויות מאטומי פחמן (Carbon) ואטומי מימן (Hydrogen) בלבד. הפחמימנים נבדלים זה מזה במספר אטומי הפחמן והמימן בכל מולקולה, בצורת הקשרים הכימיים בין האטומים, בטמפרטורת הרתיחה שלהם, במשקלם הסגולי ועוד. תכולת הפחמן בדלק המופק מנפט היא 83-87%, ותכולת המימן 11-14%. מלבד פחמימנים מכיל הדלק גם כמות קטנה של גופרית (Sulphur, 1-5%) ומינרלים שונים בכמות זעירה.

ההרכב הכימי של האוויר[עריכת קוד מקור | עריכה]

האוויר מורכב ברובו הגדול ממולקולות חמצן וממולקולות חנקן, שכל אחת מהן מכילה שני אטומים הקשורים זה לזה (O2 ו-N2 בהתאמה). החנקן אינו משתתף בשרפה, כלומר אינו מתחבר עם החמצן ואף לא עם הפחמן והמימן שבדלק.

טמפרטורת ההצתה[עריכת קוד מקור | עריכה]

כדי שתתרחש שרפה, יש לאדות את הדלק ואחר כך להוסיף ולחממו עד לטמפרטורה, שבה ינתקו הקשרים בין אטומי הפחמן, המימן והגופרית המרכיבים את הדלק, והם יתחברו מחדש עם אטומי חמצן המצוי באוויר. טמפרטורה זו נקראת נקודת ההצתה (כ- 5200C בדלק סולר). המשמעות המעשית היא, כי שרפה לא יכולה להתחיל ללא מקור חום חיצוני בטמפרטורה נקובה. תוספת החום מעניקה אנרגיה לאטומים המרכיבים את הדלק, מחלישה את הקשרים ביניהם וגורמת בסופו של דבר להינתקותם זה מזה. במצב זה הם מתחברים מחדש עם אטומי החמצן שבאוויר.

תגובת שרשרת[עריכת קוד מקור | עריכה]

החום הרב, שנוצר כתוצאה מהתלקחות מולקולות הדלק הראשונות, נקלט על ידי פרודות דלק נוספות שעדיין לא התלקחו. כתוצאה מכך גם הן מתאדות ונשרפות ומסייעות להתלקחות מולקולות אחרות.

הרכב גזי השרפה[עריכת קוד מקור | עריכה]

מוצר השרפה הוא תערובת חדשה של גזים, הנקראים גזי שרפה. בשעת ההתחברות של יסודות הדלק עם החמצן משתחררת אנרגיית חום גדולה, הנקלטת על ידי הגזים שנוצרו בשרפה ומעלה את הטמפרטורה שלהם עד 20000C.

הרכב ממוצע של גזי השרפה במנוע דיזל, לדוגמה, הוא:

כיצד הופכים את אנרגיית החום לאנרגיה מכנית?[עריכת קוד מקור | עריכה]

את אנרגיית החום הנוצרת בשרפה הופכים לאנרגיה או לעבודה מכנית באחת משתי דרכים:

  • שורפים את הדלק בחלל פתוח, בכבשן של דוד קיטור, ומנצלים את החום הרב של הגזים להרתחת מים וליצירת קיטור בלחץ ובטמפרטורה גבוהים. באמצעות לחץ הקיטור מסובבים גלגל כפות של טורבינת קיטור או דוחפים בוכנה בתוך צילינדר של מנוע קיטור.
  • כאשר מבצעים את השרפה בחלל סגור, למשל בצילינדר של מנוע דיזל או בנזין, גורמת עליית הטמפרטורה של הגזים להעלאת לחצם. את לחץ גזי השרפה מנצלים ישירות לדחיפת הבוכנה, ועל ידי כך הם מבצעים עבודה מכנית.

סיווג מנועי חום[עריכת קוד מקור | עריכה]

מנועי חום מסווגים על פי ההבחנה הנ"ל למנועי בעירה חיצונית ולמנועי בעירה פנימית.

קישורים חיצוניים[עריכת קוד מקור | עריכה]