30

Co přinesl parní stroj

Voda má řadu vlastností, které jsou nezbytné pro život na zemi a které ovlivnily i vývoj  lidské civilazcáce… a odedávna byla i předmětem lidského bádání a využívání.

Zatímco ve starověku se rozvíjela řada přírodních věd i  využívání jejich výsledků v praxi, středověk znamenal velký útlum v této oblasti. Teprve v jeho konci a postupně od začátku novověku nastalo oživení zkoumání přírody v nejrůznějších oblastech.

Předmětem zkoumání jedné z oblastí fyziky -  mechaniky tekutin -  je i pohyb vody spojený se změnami jejího skupenství.

Co víme z běžné praxe?

Napiš,  co můžeš jednoduše pozorovat, když se voda začne  vařit ? 

A  co, když na hrnec s vařící se vodou položíš pokličku? 

Představ si, že do prostoru, který vyplnila přehřátá vodní pára by byla vstříknuta studená voda – co by se stalo?

Poklička  (píst) by vlivem atmosférického tlaku vzduchu spadla dolů  – a naopak přehřátá vodní pára by ji zase zvedla – a to by se stále opakovalo…..

Emoscopes / CC BY-SA (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/);  https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/1/16/Newcomen_atmospheric_engine_animation.gif

Na tomto principu fungovaly první parní stroje (atmosférické) používané např. pro čerpání vody z dolů.

V roce 1762 -5 James Watt pak objevil (či podstatně vylepšil) parní stroj takto:.

Prohlédni si základní části parního stroje na obrázku a  přečti si popis jeho práce

User:Panther / CC BY-SA (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/);  https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/72/Steam_engine_nomenclature.png

Přehřátá pára  z kotle   se vede do komory s pístem , kde svým tlakem způsobuje pohyb pístu (1). Z komory se po vykonání této práce pára   vypouští. Množství dodávané přehřáté páry do komory s pístem se reguluje šoupátkem (8)  prostřednictvím Wattova odstředivého regulátoru - 9 .

 Posuvný pohyb pístu se pak převádí na pohyb otáčivý (rotační) prostřednictvím  propojení pístní tyče  (2) přes kloub – tzv. křižák (3)  -  na pohyb ojnice (4) . Její pohyb  se přes  kliku čepu ojnice (5) – přenáší na excentrický mechanismus pro vnější rotační pohyb (6). Ten je  spojený se setrvačníkem (7)  zajišťující plynulost pohybu.

Zkus si nyní samostatně popsat obrázek znázorňující přenos tlaku vodní páry na píst a převod posuvného pohybu pístu na rotační pohyb (např. na kolo vlaku).

Autor: User:Panther – Vlastní dílo; Drawn using Corel Draw! & Image Ready, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=268519

Výkon stroje je závislý na tlaku přehřáté vodní páry – část výkonu ovšem odebírá popsané  ústrojí vnějšího rozvodu, např. převádění posuvného pohybu na rotační, případně i na změny otáčení.

Co může být zdrojem energie pro získání vodní páry ?

Pohyb pístu se nemusí vždy přenášet  na rotační pohyb, ale může se přenášet postupně i na několik dalších pístů ve stejné poloze.  To jsou tzv. stacionární parní stroje.

Pozoruj animaci zjednodušeného stroje s trojí následnou expanzí – tlak v prvním válci  (s přívodem přehřáté vodní páry) je nejvyšší a postupně klesá.

Emoscopes / CC BY-SA (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/);  https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/8/8a/Triple_expansion_engine_animation.gif

Využívání parního stroje nastartovalo průmyslovou revoluci. O tom, že uhlí hoří, se vědělo už dávno, ale teprve nedostatek dřeva vedl k počátkům jeho využívání.

Vlastnost paliva, která udává, kolik energie se  uvolní úplným spálením jeho jedné jednotky (obvykle 1 kg) je výhřevnost.

Porovnej, kolik energie se uvolňuje ze dřeva a kolik z uhlí:            

Výhřevnost dřeva (při 25% vlhkosti) je průměrně      12,1 - 14 MJ /kg

                   černého  uhlí                                             18 – 30MJ/kg

                   hnědého uhlí                                              15 – 20 MJ/kg

K zahřátí vody a vytvoření vodní páry bylo  potřebné dřevo, nebo bylo třeba najít něco jiného (nového) – tedy nový energetický zdroj.

V prvních parních lokomotivách se z počátku ještě spalovalo dřevo, ale brzy se ukázalo, že je možno daleko lépe využít černé uhlí, ve kterém je koncentrováno velké množství energie. 

Novým energetickým zdrojem se stalo uhlí.

Jak se změnila doprava?

This work is in the public domain in its country of origin and other countries and areas where the copyright term is the author's life plus 70 years or fewer.   https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Stephenson%27s_Rocket_drawing.jpg
Autor: PetrS. at cs.wikipedia, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=2975327

                Parní lokomotiva z roku 1829                                             Parní lokomotiva z roku 1924

Uveď alespoň 3 příklady možností využití pro dopravu (tj. pro převod jednosměrného pohybu na rotační pohyb):

Jak se stacionární parní stroje používaly pro výrobu?

Chris Allen / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.0)  https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Stott_Park_Bobbin_Mill_Steam_Engine.jpg
By Chris Allen, CC BY-SA 2.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=13208794

      Stacionární parní stroj 1884

K čemu se může využít stabilní parní stroj?

11