Motory
Úvod:
Motory sú stroje premienajúce energiu na pohyb alebo mechanickú prácu. Energia je väcšinou dodaná vo forme chemického paliva (napr. benzín), pary alebo elektriny a mechanická práca je zvycajne dodávaná vo forme rotacného pohybu hriadela. Motory sa zvycajne rozdelujú:
- podla typu využívanej energie, ako napríklad na paru, na stlacený vzduch alebo na benzín
- podla spôsobu pohybu hlavných castí na piestové a rotacné
- podla miesta, kde nastáva premena chemickej energiu na tepelnú, na spalovacie motory zážihové a vznetové
- podla metódy chladenia motora na chladené vodou alebo vzduchom
- podla poctu zdvihov piesta v rámci kompletného cyklu na dvojtaktné alebo štvortaktné
- podla typu cyklu na Ottov (benzínový motor) alebo dieselový motor.
Špeciálnymi typmi motorov sú motory s veterným pohonom, plynové turbíny, parné turbíny, raketové alebo prúdové motory.
Spalovací motor:
Spalovací zážihový motor - štvortaktný:
Spalovacie motory dnes pohánajú takmer všetky automobily na svete. Na pohyb využívajú energiu plynov vytvorených spálením pohonnej zmesi. Zážihový motor funguje tak, že do valcov, v ktorých sú piesty, sa privádza zmes vzduchu a benzínu. Zmes sa stlacením zahustí. Elektrická sviecka vytvorí iskru, ktorá túto zmes zapáli, a vznikajúce plyny uvedú do pohybu piesty vo valcoch. Spálená zmes sa vypudí von. Tak sa vytvorí cyklus. Pri dvojtaktných motoroch je na jeden cyklus potrebné len jedno otocenie vackového hriadela.
Spalovací vznetový motor:
Mnohé autá a vlaky sú pohánané výkonnými vznetovými motormi; sú to tiež spalovacie motory, lenže sa v nich nespaluje benzín, ale nafta. Motor pracuje podobne ako motor spalujúci benzín, nemá však elektrické sviecky, ale je vybavený vstrekovacím cerpadlom, ktoré dýzami vstrekuje do valcov naftu. Piest stlací vzduch, cím ho zohreje na velmi vysokú teplotu (nad 500 oC), pri ktorej sa rozptýlená nafta vznieti - preto sa tento motor nazýva vznetový.
Prúdový motor:
Prúdový motor (v zásade je to plynová turbína) pohána väcšinu rýchlych lietadiel. Rýchlo sa otácajúce ventilátory v prednej casti motora nasávajú vzduch, ktorý prechádza pod vysokým tlakom do viacerých komôr. Tam sa stlacený vzduch zmieša s palivom; táto zmes sa zapáli, horúce spalné plyny sa rozpínajú a prúdia k výstupnej dýze. Súcasne roztácajú turbínu, ktorá pohána ventilátory v prednej casti motora. Vzduch prúdi nielen hlavnou castou motora, ale aj cez obtokový kanál okolo nej. Takto sa zvyšuje celkové množstvo vzduchu prechádzajúceho motorom, cím sa zväcšuje jeho tah. Kanál okrem toho znižuje hlucnost motora.
Parný motor (parný stroj):
Parný motor sa nachádza napríklad v lokomotíve. V kotle sa spaluje drevo alebo uhlie, a tým vzniká teplo. Horúci vzduch a dym prechádzajú rúrkami v nádrži s vodou. Teplo mení vodu na paru. Para prechádza rúrkami do valca, kde tlací na piest raz z jednej, raz z druhej strany, cím ho uvádza do pohybu. Pohyb piesta sa prenáša na hnacie kolesá rušna. Para a dym unikajú cez ventil a komínom vychádzajú von.
Elektromotory:
Elektromotory sú velmi jednoduché a spolahlivé stroje. Väcšinou sú to rotujúce stroje, ktoré premienajú mechanickú energiu na elektrickú alebo naopak. Skladajú sa z pevne stojaceho stojana a okolo obiehajúceho bežca. Stojan a bežec sú z elektricky vodivého materiálu. Ked prúd prejde cez kotvu magnetu, magnetická reakcia vytvorí krútiaci moment a kotva magnetu sa otocí. Cinnost elektrického alternátora a spojenie polí cievky motora sú presne také ako v generátoroch. Otocenie kotvy magnetu indukuje napätie v závitoch kotvy. Toto indukované napätie je v opacnom smere k vonkajšiemu použitému napätiu kotvy, a preto sa to nazýva spätná alebo opacná elektromotorická sila. Ked sa sa motor rýchlejšie otáca, zväcšuje sa spätná elektromotorická sila, až pokým nie je takmer rovnaká ako použité napätie. Prúd je vtedy malý a rýchlost motora zotrvá konštantná, až pokial motor nie je zatažený a nevytvára žiadnu mechanickú prácu okrem práce potrebnej na otocenie samotnej kotvy. Pod zátažou sa kotva tocí pomalšie, zmenšuje elektromotorickú silu a umožnuje prietok väcšieho prúdu v kotve. Motor je tak schopný prijímat viac elektrickej energie zo zdroja a vytvárat viac mechanickej práce.
Pretože rýchlost rotácie kontroluje prietok prúdu v kotve, je treba špeciálne zariadenia na naštartovanie motora. Ked je kotva v pokoji, nemá vlastne žiaden odpor a ked by sa použilo normálne pracovné napätie, bude nou pretekat velký prúd, ktorý by mohol pokazit alternátor alebo vinutie kotvy. Na predídenie poškodeniu kotvy sa použijú sériovo zapojené odpory, ktoré znížia prúd, pokým motor nezacne vytvárat dostatocnú spätnú elektromotorickú silu. Cím rýchlejšie sa motor pohybuje, odpor sa postupne zmenšuje, a to bud manuálne alebo automaticky.
Rýchlost, ktorou beží motor, závisí od sily magnetického pola pôsobiaceho na kotvu, ako aj od prúdu v kotve. Cím silnejšie je pole, tým menší je pocet otácok potrebných na vyrobenie dostatocne velkej spätnej elektromotorickej sily ako protiváhy použitého napätia. Z tohto dôvodu možno kontrolovat rýchlost motorov zmenou prúdu.
Alternatívne pohony:
Vodík:
Elektrickým prúdom sa dá voda rozložit na plyny: vodík a kyslík. Ked sa do kontaktu dostanú vodík a kyslík, zhoria znova na vodu a vytvoria energiu. Ale vodík je príliš vzácny na to, aby zhorel. Ovela výhodnejšie je premenit ho pomocu palivového clánku znova na elektrickú energiu. Palivový clánok vytvorí elektrický prúd pomocou chemického procesu. Tieto "clánky" môžu byt v rôznych velkostiach. Niektoré sú také malé, že nahradia malé batérie, ale niektoré sa môžu využit v elektrárnach na výrobu elektrického prúdu. DaimlerChrysler postavil autobus s týmto pohonom a Ford slubuje prvé sériovo vyrábané auto s týmto pohonom.
Dusík:
Vedci Washingtonskej university vyvíjajú nový automobil bez škodlivých emisií. Princíp je rovnaký ako u parného motora, až na absenciu spalovania. Namiesto toho je stlacený tekutý dusík, ktorý sa potom premení na paru vo výmeníku tepla vplyvom teplého vzduchu, ktorý ho obklopuje. Tento výmenník tepla funguje ako chladic auta, ale namiesto chladenia motora vzduchom, využíva teplotu okolitého vzduchu na zohriatie a varenie dusíku. Výsledný dusíkový plyn je dodávaný motoru, ktorý pracuje ako parný motor, premienajúc tlak na mechanickú prácu. Jediným odpadom je dusík, ktorý tvorí väcšinu atmosféry Zeme.
