عندما تظهر كلمة “محرك بخاري” أمامك، تتبادر إلى ذهنك صورة القطارات أو السيارات البخارية القديمة، ولكن الحقيقة أن هذه المحركات لها استخدامات أخرى غير وسائل النقل، حيث ظهرت بداية هذا الاختراع. في شكله البدائي لأول مرة منذ ما يقرب من ألفي عام وكان أحد أهم مصادر الطاقة في القرون الثلاثة الماضية حيث تصدر التوربينات البخارية 80٪ أو أكثر من الطاقة الكهربائية في العالم. اصنع محرك البخار الخاص بك في المنزل لفهم الفيزياء الكامنة وراء المحرك البخاري باستخدام إحدى الطرق المذكورة أدناه.
خطوات
صنع محرك بخاري من علبة صودا (للأطفال)
1 اقطع علبة الألمنيوم بحيث يبلغ طولها 6.35 سم. استخدم قصاصات القصدير أو المقص القوي لعمل قطع أفقي حتى ثلث المسافة من قاعدة العلبة.
2 قم بثني وتجعيد الحواف بالكماشة. اطوِ حافة العلبة للداخل حتى لا تكون الحواف حادة، واحرص على ألا تجرح نفسك.
3 اضغط بإصبعك داخل قاعدة العلبة لتسطيحها. تحتوي معظم علب الصودا على قاع منحني إلى الداخل. يجب أن تضغط على القاعدة من داخل العلبة حتى تدفع النتوء للخارج وتسوي القاعدة، إما بأصابعك أو بزجاجة أو وعاء صغير.
4 قم بعمل ثقبين على جانبي العلبة، في مواجهة بعضهما البعض، مع فتحة واحدة 1/2 بوصة من الحافة. يمكنك استخدام مثقاب ورق أو مطرقة ومسمار لعمل ثقوب في العلبة بحيث يبلغ قطر كل ثقب 3.175 سم.
5 ضع شمعة صغيرة في وسط قاعدة العلبة. استخدم شمعة صغيرة خفيفة موضوعة في كوب معدني أو بلاستيكي حتى يذوب الشمع بينما يستمر الفتيل في الاحتراق. أنت الآن بحاجة إلى تجعيد بعض رقائق القصدير ووضعها أسفل الشمعة وحولها لتثبيتها في مكانها. تأكد من احتواء الكوب المعدني على الشمع حتى لا يذوب ويسكب في علبة الألمنيوم.
6 قم بلف أنبوب نحاسي 6-8 بوصات في نصف حول قلم رصاص مرتين أو ثلاث مرات بحيث يتم لف الأنبوب حول القلم الرصاص. ستجد أن الأنبوب النحاسي يلتف بسهولة حول القلم، وستحتاج إلى أنبوب طويل بما يكفي ليلائم بين الفتحتين في العلبة، أي أن طول الأنبوب على جانبي العقدة 2 بوصة على كل جانب.
7 أدخل طرفي الأنبوب في الفتحتين في العلبة. ضع الجزء الملفوف فوق فتيل الشمعة، ثم تأكد من أن العقدة في منتصف العلبة وأن الأنبوب على كلا الجانبين بنفس الطول.
8 ثني طرفي الأنبوب حتى يشكلان زاوية 90 درجة مع الزردية. قم بثني المقاطع المستقيمة من الأنبوب بحيث تكون الأطراف على جانبي العلبة، ثم ثنيها مرة أخرى حتى تصل إلى قاع قاعدة العلبة. يجب أن يكون الشكل النهائي عبارة عن جزء ملفوف يتمركز فوق الشمعة ثم يمتد الأنبوب إلى العلبة في اتجاهين متعاكسين على جانبي العلبة.
9 ضع العلبة في وعاء به ماء مع غمر طرفي الأنبوب في الماء. يجب أن يطفو “القارب” الخاص بك بسهولة، وإذا وجدت أن نهايات الأنبوب لا تتجاوز سطح الماء، يمكنك الضغط على العلبة لتقريبها من الماء، ولكن احرص على عدم جعلها تغرق.
10 املأ الأنبوب بالماء. أسهل طريقة للقيام بذلك هي وضع طرف في وعاء من الماء وامتصاص الطرف الآخر مثل المصاصة. بدلاً من ذلك، يمكنك سد إحدى الثقوب بإصبعك وإمساك الطرف الآخر المفتوح تحت ماء الصنبور الجاري.
11 أضيء الشمعة. بعد فترة، سيبدأ الماء في التسخين والغليان داخل الأنبوب. بعد ذلك، عندما يبدأ الماء في التبخر، سوف يتدفق من النافورتين (نهايات الأنبوب) ويتسبب في دوران العلبة بالكامل في الوعاء.
صنع محرك بخاري من علبة دهان (للبالغين)
1 قطع حفرة مستطيلة في قاعدة غالون (حوالي 4 لتر) دهان. ضع علامة على مستطيل مقاس 15 × 5 سم أفقيًا على جانب العلبة بالقرب من القاعدة.
- اعلم أن هذه العلبة (والتي ستستخدمها) يجب أن تحتوي على طلاء بلاستيكي فقط، وأنه يجب غسل العلبة جيدًا بالماء والصابون قبل بدء التجربة.
2 قطع قطعة من شبكة سلكية قياس 12 × 24 سم. ثني 6 سم في طرفي حافة 24 سم بحيث تطوي النهاية بزاوية 90 درجة للأسفل ويجب أن تكون قد شكلت ما يشبه منصة مربعة 12 × 12 سم مع قدمين 6 م. ضع الشبكة الحديدية داخل علبة الطلاء بحيث تكون “الأقدام” لأسفل ومحاذاة حواف الفتحة التي صنعتها للتو.
3 قم بعمل ثقوب في نصف دائرة حول محيط غطاء العلبة. في النهاية، ستحرق الفحم داخل العلبة لتوليد الحرارة لمحرك البخار، ولهذا يجب عليك توفير ما يكفي من الأكسجين للفحم ليحترق جيدًا. يجب توفير تهوية للمعدات الخاصة بك عن طريق حفر أو ثقب الثقوب في شكل نصف دائرة على الحواف الخارجية لغطاء العلبة.
- يجب أن يبلغ قطر فتحات التهوية هذه حوالي 1 سم.
4 قم بلف أنبوب نحاسي. استخدم حوالي 6 أمتار من الأنابيب النحاسية الناعمة بقطر 0.64 سم وقياس 30 سم من طرف واحد. من هذه النقطة، قم بتدوير الأنبوب إلى 5 ملفات بحيث يبلغ قطر كل منها 12 سم، ثم قم بتدوير باقي الأنبوب لعمل حوالي 15 ملفًا مقاس 8 بوصات.
5 قم بتمرير طرفي الأنبوب من خلال فتحات التهوية. ثني كلا الطرفين، ثم أدخل كل طرف من خلال إحدى الفتحات الموجودة في الغطاء. إذا وجدت أن الأنبوب ليس طويلاً بما يكفي، فقد تحتاج إلى فك أحد الملفات قليلاً.
6 أدخل اللفائف والفحم في علبة الطلاء. ضع الملفات النحاسية فوق الشبكة، ثم املأ الفراغ حول الملفات بقوالب الفحم وأغلق الغطاء.
7 حفر ثقوب للأنابيب في أصغر علبة الطلاء. استخدم علبة طلاء بحجم ربع وحفر ثقبًا في منتصف الغطاء. على جانب العلبة، قم بحفر ثقوب بطول 2 بوصة، أحدهما بالقرب من القاعدة والآخر بالقرب من الغطاء.
8 أدخل الأنابيب البلاستيكية بقطعة من الفلين في الفتحات الموجودة على جانب العلبة الأصغر. استخدم طرفي الأنبوب النحاسي لعمل ثقوب في منتصف الفلين، ثم ضع أنبوبًا بلاستيكيًا قويًا بطول 25 سم داخل أحد الفلين، ثم أنبوب آخر بطول 10 سم في القطعة الأخرى من الفلين حتى يتم تثبيتهما بإحكام. في مكانه وامتد قليلاً من الطرف الآخر من الفلين، ثم ضع الفلين الحامل للأنبوب الأطول في الفتحة السفلية لعلبة الطلاء الصغيرة، ضع قطعة الفلين الأخرى في الفتحة العلوية، ثم قم بتثبيت هذه الأنابيب في قطعتين من الفلين مع مشابك.
9 قم بتوصيل أنبوب العلبة الأكبر بالعلبة الأصغر. ضع العلبة الأصغر فوق العلبة الأكبر بحيث لا يواجه الفلين الأنبوبي فتحات التهوية الموجودة أعلى العلبة، ثم استخدم شريطًا معدنيًا لربط الأنبوب البارز من الفلين السفلي بالأنبوب الممتد من أسفل الملف النحاسي، ثم قم بتوصيل الأنبوب البارز من الفلين العلوي بالأنبوب الممتد من أعلى لفائف النحاس بنفس الطريقة.
10 أدخل الأنبوب النحاسي عبر صندوق التوصيل. استخدم مطرقة ومفك براغي لإزالة الجزء المركزي من صندوق تقاطع معدني دائري، ثم قم بتثبيت مشبك كبل كهربائي في صندوق التوصيل مع ترك حلقة التثبيت بالداخل. أدخل أنبوبًا نحاسيًا مقاس 6 بوصات (15 سم) بقطر 1/2 بوصة في مشبك كبل الموصل مع بروز طرف الأنبوب بضع سنتيمترات أسفل صندوق التوصيل. ثني حواف هذا الطرف للداخل بمطرقة وأدخل هذا الطرف من الأنبوب في الفتحة الموجودة في غطاء العلبة الصغيرة.
11 أدخل السيخ في شريط التثبيت. استخدم سيخًا خشبيًا، مثل السيخ للشواء. ضعه على أحد طرفي سيخ خشبي مجوف طوله 1.5 سم وقطره 0.95 سم. ضع السيخ والسيخ في الأنبوب النحاسي في صندوق التوصيل مع توجيه السيخ لأعلى.
- يعمل السيخ والمشابك بمثابة “مكبس” عند بدء تشغيل المحرك. يمكنك حمل قطعة صغيرة من الورق مثل العلم أعلى المكبس إذا كنت تريد رؤيتها بشكل أكثر وضوحًا.
12 تحضير المحرك للعمل. قم بإزالة صندوق التوصيل الكهربائي من العلبة العلوية الصغيرة، واملأها بالماء، واتركها تبلل الملفات النحاسية تمامًا حتى تمتلئ العلبة بحوالي الثلثين، ثم تحقق من جميع الوصلات لمعرفة ما إذا كان هناك أي تسرب. ثبت غطاء العلبة الصغيرة والكبيرة بضربهما بمطرقة، ثم ثبت صندوق التوصيل في مكانه فوق العلبة العلوية.
13 ابدأ تشغيل المحرك. قم بتجعيد قطع الجرائد، ثم ضعها في الفراغ المحاط بالشبكة المعدنية أسفل المحرك، وبعد أن تلمس الفحم، اترك القوالب تحترق لمدة 20 إلى 30 دقيقة، ولاحظ أن البخار قد بدأ لتظهر في العلبة العلوية، حيث يقوم الفحم بتسخين الماء في الملفات النحاسية، وستجد البخار يدفع القضيب الثابت والسيخ للأعلى بعد أن يصل إلى الضغط المناسب. عندما يتم تحرير هذا الضغط، ستجد أن المكبس ينزل مرة أخرى للأسفل بسبب الجاذبية. قم بإزالة قطع السيخ حسب الحاجة لتقليل وزن المكبس، لأنه سيرتفع أكثر كلما قل وزنه.
- يمكنك تسريع عملية التسخين باستخدام مجفف الشعر في اتجاه فتحات التهوية.
14 كن حذرا. من الواضح أن صنع محرك البخار الخاص بك في المنزل يتطلب معالجة دقيقة للغاية، لذلك لا تقم بتشغيل المحرك في غرفة مغلقة أو حول مواد قابلة للاشتعال من الأوراق الجافة أو الأشجار المتدلية. قم بتشغيل المحرك على سطح ثابت وقوي وغير قابل للاشتعال مثل الأسمنت. إذا كنت تقوم بهذا المشروع مع الأطفال، فتأكد من وجود شخص بالغ معهم في جميع الأوقات. لا تدع الأطفال أو المراهقين يقتربون من المحرك أثناء احتراق الفحم. إذا كنت تشك في درجة حرارة المحرك، فاعلم أنه مع ذلك، سيكون الجو حارًا جدًا ولن تتمكن من لمسه.
- تأكد أيضًا من سهولة تنفيس البخار من سخان المياه العلوي (العلبة الصغيرة). إذا علق المكبس في مكانه لأي سبب من الأسباب، فسيؤدي ذلك إلى تراكم الكثير من الضغط داخل العلبة الكبيرة، وفي أسوأ الحالات، سينفجر المحرك بشكل خطير.
أفكار مفيدة
- ضع المحرك البخاري في قارب بلاستيكي مع وجود طرفي الأنبوب في الماء لإنشاء لعبة تعمل بالبخار. يمكنك أيضًا قطع قارب صغير من زجاجة صودا بلاستيكية أو مبيّض من أجل مشروع صديق للبيئة.
تحذيرات
- لا توجه نهايات الأنابيب أبدًا لأي شخص إذا كان عليك تعديل المحرك أثناء تشغيله، حيث يمكن أن يتسبب البخار والماء الساخن في حروق خطيرة.
- تأكد من استخدام الكماشة أو الكماشة أو قفازات الفرن عند التعامل مع المحرك أثناء تشغيله.
- لا تسد طرفي الأنبوب بأي طريقة أخرى غير غمرها في الماء. يمكن أن يؤدي الضغط المفرط إلى انفجار الأنبوب والتسبب في أضرار جسيمة، على الرغم من أن هذا ليس نادرًا.
- لا تحاول بناء محرك بخاري أكثر تعقيدًا باستخدام سخان المياه إلا إذا كنت تعرف بالضبط ما تفعله، فحتى انفجار صغير لسخان المياه يمكن أن يتسبب في أضرار جسيمة.
الأشياء التي سوف تحتاجها
محرك بخاري مصنوع من علبة صودا
علبة صودا الألومنيوم
قصاصات القصدير أو مقص قوي
كماشة
خرامة ورق
شمعة
ورق ألومنيوم
أنبوب نحاسي بقطر 3.175 مم
قلم رصاص أو عصا
مياه
وعاء
محرك بخاري مصنوع من علبة دهان
يمكن أن تبلغ سعة الدهان حوالي 4 لترات (1 جالون). (يفضل عدم استخدامها أو غسلها جيدًا على الأقل بالماء والصابون)
ربع علبة الدهان الأولى
6 أمتار من الأنابيب النحاسية يبلغ قطرها حوالي 6.35 مم
شريط معدني لاصق
لقد قطعت الفلين
مربع تقاطع كهربائي معدني دائري
مشبك كابل متوافق مع صندوق التوصيل الكهربائي
أنبوب نحاسي طوله 15 سم
شبكة معدنية قياس 12×24 سم
أنبوب بلاستيكي مقوى بطول 35 سم وقطره 6.35 مم أو 3.175 مم.
مكابس خراطيم المواسير البلاستيك
فحم الشواء (يفضل النوع الذي يمكن إشعاله بالمباريات)
سيخ شواء
قضيب خشبي مجوف، مفتوح من طرف واحد بطول 1.5 سم
مفك براغي
أداة شق
شاكوش
قصاصات / مقص القصدير
كماشة