המצאת מנוע הקיטור

יחידת המעבה

תהליך העיבוי היה בעוכריה של מכונת השאיבה שהציג ניוקומן. תהליך העיבוי פגם ביעילות ניצול אנרגיית החום וגם קבע מגבלת קצב פעולה אפשרי של המכונה. כדי לפתור את הבעיות שהציג תהליך העיבוי הנוכחי נדרשה חשיבה חדשה לגבי המבנה הכללי של המכונה.

בשנת 1769 התבקש

גֶ'ייְמְס וָואט (James Watt)

, מהנדס מכונות סקוטי, במסגרת עבודתו באוניברסיטה לתקן משאבה מונעת קיטור של ניוקומן אשר פעלה באחת המכרות מיני רבות שהיו פזורות בצפון בריטניה. ג'יימס וואט נולד ב-19 לינואר 1736 בגְרִינוֹק אשר בסקוטלנד. עוד בילדותו היה הוא ילד חוקר שרצה לדעת איך כל מכשיר עובד. האגדה מספרת שעוד בילדותו היה וואט מוקסם מפעולתו של קומקום המטבח, ובייחוד מכוחם של אדי הקיטור הנפלטים ממנו בעוצמה.

וואט לא רכש השכלה אקדמאית, אך פיתח כישורים טכניים בזכות עבודתו יחד עם אביו שעסק בבניית אוניות, כשולייה של מכונאי סקוטי ועבודות מזדמנות נוספות אחרות. במהלך גלגוליו אחר חיפוש עבודה הוא הגיע גם לנסות את מזלו בלונדון, אך משלא מצא פרנסה קבועה הוא חזר לסקוטלנד. דווקא בסקטולנד התמזל מזלו והוא קיבל, בזכות כישוריו, משרה בסדנה של אוניברסיטת גלזגו. מטלותיו בסדנה היו תיקון של מכונות מקולקלות שהובאו לתיקון תחת ידיו המוכשרות.

תוך זמן קצר יצא לוואט שם דבר כמומחה לתיקון מכשירים ומכונות. פרופסורים ומלומדים רבים מהאוניברסיטה היו מגיעים אליו לתיקון מכשיריהם וגם כדי לדון עמו בבעיות שונות. בין אותם מלומדים היה גם

ג'וֹזֶף בְּלָאק (Joseph Black)

, מומחה לתורת החום אשר פותחה וקודמה על ידו באותה התקופה. עם בלאק יתיידד וואט, והלה יעזור לו לרכוש ידע בתחום תורת-החום בבוא העת לכשיזדקק. והעת הזו לא תאחר לבוא.

כאמור, בשנת 1769 הובאה אליו בקשה לתיקון מכונת שאיבה של ניוקומן הפועלת בכוח הקיטור. במשאבה של ניוקומן חל בזבוז אנרגיה משווע. אדי הקיטור מקוררים בתוך הגליל של הבוכנה על-ידי הזרקת טיפות מים קרות לתוך הגליל. תהליך קירור זה גורם לדפנות הגליל להתקרר מבפנים. הקירור נועד על מנת שהקיטור יתעבה וואקום יתקבל. אך לאחר יצירת הוואקום ונפילת הבוכנה מטה יש להכניס מחדש אדי קיטור לוהטים לאותו חלל שרק רגע קודם לכן קורר. אדי הקיטור הראשונים שנכנסים לחלל המקורר מתעבים מיידית, הופכים לטיפות מים ולא משתתפים בתהליך דחיפת הבוכנה. רק לאחר שדפנות הגליל התחממו מספיק ניתן יהיה להחזיק בו אדי קיטור לוהטים שוב. תהליך זה, של חימום דפנות הגליל כל פעם מחדש הוא גם גוזל אנרגיה וגם גוזל זמן.

וואט בחן את מבנה המשאבה, הבין את מגבלותיה, והסיק שעל-מנת להגדיל משמעותית את יעילותה יש לקרר את אדי הקיטור בחלל נפרד. וואט הציע להקצות חלל מיוחד, נפרד מהגליל בו נעה הבוכנה, אשר ישמש רק לצורך עיבוי אדי הקיטור חזרה למים. החלל המיוחד, נקרא יחידת המעבה. המעבה הנפרד מאפשר להחזיק את הגליל בטמפרטורה גבוהה באופן קבוע. כדי לעבות את אדי הקיטור בכל מחזור פעולה של המכונה יש רק לפתוח שסתום מיוחד המחבר את הגליל עם הבוכנה ליחידת המעבה. עם פתיחת השסתום יתפשטו אדי הקיטור הלוהטים אל תוך המעבה הצונן ויתעבו בו לטיפות מים לשם יצירת הוואקום. המעבה מוחזק בטמפרטורה קבועה ונמוכה על-ידי צינונו במים. בפיצול המכונה ליחידת מעבה הנפרדת מהגליל והבוכנה הגדיל וואט את יעילות מכונת הקיטור בכמעט פי ארבעה. הוא רשם פטנט על המצאתו כבר באותה שנה.

תיאור סכמטי כללי של המכונה שהגה וואט יכיל יחידת חימום ויחידת עיבוי. בין שתי יחידות נפרדות אלו תימצא הבוכנה אשר תנוע קדימה ואחורה כל אימת שאנרגית חום עוברת (בעזרת אדי הקיטור) מיחידת החימום אל יחידת העיבוי. מרגע שהמכונה החלה לפעול לא נדרש עוד לחכות עד אשר יחידה מסוימת תשוב ותתחמם מספיק או תשוב ותתקרר מספיק. שתי היחידות, החמה והעיבוי, מוחזקות כל אחת בטמפרטורה הקבועה שלה במשך כל זמן מחזור פעולה אחד של המכונה.

עם הכפלה של פי ארבע בנצילות אנרגיית החום על-ידי מכונת השאיבה ניתן היה להתחיל לחשוב על הפעלת המכונה לא רק בסמוך למכרות פחם, בהן הפחם זמין וזול. כעת, ניתן היה לחשוב על הטמעת המכונה המכאנית המופעלת בעזרת קיטור לשם ביצוע פעולות מכאניות נוספות אחרות בכל מקום.

לפרק הקודם | לפרק הבא


[ מנוע לריכוך עצמות | ידיד הכורים | מנוע אטמוספרי | יחידת המעבה |
שכלול מנוע קיטור | ווסת צנטריפוגלי | כוח-סוס | סיכום ]





[ עמוד ראשי - המצאות | מתמטיקה קדומה | מספרים אי-רציונליים | משפט פיתגורס | גיאומטריה אוקלידית | אלגברה | התפתחות הסְפַרוֹת | משוואות קוביות וקווארדיות | מספרים מורכבים | לוגריתם | חשבון דיפרנציאלי ואינטגראלי | עיקרון הציפה | זכוכית מגדלת | משקפיים | מיקרוסקופ | טלסקופ | חוק סְנֵל | חוק בויל | חוקי התנועה | עיקרון ברנולי | שלושת חוקי התרמודינמיקה | טבלה מחזורית | מדידת מהירות האור | כוח לורנץ | קרינת רנטגן | טרנספורמצית לורנץ | תורת היחסות הפרטית | גילוי האטום | תורת היחסות הכללית | חשמל | חוק קולון | חוק אוהם | חוקי קירכהוף | נורת להט | מנוע קיטור | מנפה כותנה | מצלמה | מקרר | מזגן | מחשב | מכבש דפוס | כתב ברייל | טלגרף | טלפון | רדיו | טלוויזיה | כדור פורח | מצנח | רכבת | אופניים | מכונית | אווירון מדחף | מטוס סילון | אבק שריפה | תותח | רובה מוסקט | מרגמה | אקדח | מוקש | מקלע | רובה-מטען | הוביצר | תת-מקלע | רימון-יד | טנק | רובה-סער | פצצת אטום | תורת האבולוציה | פסטור | תיאוריית התורשה | פניצילין ]