Газ работает

Двигатели мотоциклов относятся к категории двигателей внутреннего сгорания. Весь процесс преобразования тепловой энергии в механическую происходит внутри цилиндра. Полученная механическая работа затем приводит в движение различные механизмы. Как заставить работать двигатель?

Для этого использовали свойства упругости газов. То, что окружающий нас воздух и другие газы обладают свойством упругости и, расширяясь, могут производить работу, известно было давно.

…Высоко над домами старой Вены подымались башни. Зоркие глаза пожарников день и ночь внимательно осматривали крыши домов.

Над городом спустилась ночь. Все спали. С Дуная дул сильный ветер. Вдруг пожарник заметил вспышку пламени. Сомнений нет — пожар.

Быстро написав что-то на бумажке, пожарник свернул ее трубкой, вложил в металлический патрон, патрон вставил в трубу и изо всей силы начал качать кузнечные меха, пристроенные здесь же, на каланче. Качнув несколько раз, он бросил рычаг и стал всматриваться в разгоравшийся пожар.

Не прошло и минуты, как сонный город был разбужен ударами пожарного колокола и тревожными звуками рожка.

Что же написал пожарник? Почему он качал рычаг кузнечного меха? И, наконец, почему на башне оказался кузнечный мех?

Пожарник передал в пожарную команду сообщение о замеченном им пожаре. На записке он написал адрес горевшего дома. Записка была вложена в металлический патрон. Патрон вставлен в трубу, которая шла от помещения пожарной команды до башни. Когда пожарник качал за рычаг меха, сжатый воздух направлялся в трубу. Патрон сжатым воздухом в одно мгновение был доставлен в комнату к дежурному.

Такая сигнализация была установлена в Вене в 1792 году. В этом примере показана работа сжатого воздуха.

Возьмем металлический стакан (рис. 18) и вставим в него хорошо притертую пробку.

Рис. 18. Превращение теплоты в механическую работу.

Давайте нагреем стакан лампой. Воздух в стакане станет нагреваться и делать попытки расшириться. Чем больше нагреется стакан, тем больше возрастет давление воздуха. Наконец, пробка не выдержит давления воздуха и медленно пойдет вверх.

Воздух, расширяясь, произведет работу.

Мы затратили тепловую энергию для нагревания воздуха — взамен получили механическую работу. Наш цилиндр (стакан), пробка и лампа — простейший тепловой двигатель.

Проделаем теперь другой опыт. Возьмем тот же цилиндр и станем с силой давить на пробку сверху вниз. Сначала пробка пойдет легко, но чем ближе она начнет подходить ко дну, тем больше будет чувствоваться сопротивление воздуха. Газ сжимается.

Если бы мы теперь измерили давление и температуру газа, то установили бы, что они повышаются. На этих свойствах газа и основана работа двигателей, установленных на мотоциклах и автомашинах. В нашем примере воздух нагревался от источника теплоты, расположенного вне цилиндра. В мотоциклетных же двигателях теплота, необходимая для нагревания газов, получается от сжигания топлива непосредственно в цилиндре. Такие двигатели называются двигателями внутреннего сгорания.