نتحدث في هذا التقرير عن عمل محرك البخار إذ يعود الفضل في صناعة المادة الخام للمحرك البخاري، إلى اكتشاف أول مادة خام للمحرك البخاري aeolipile إلى المخترع اليوناني هيرو السكندري Hero of Alexandria في القرن الأول للميلاد، إذ صنعها عن طريق استعمال كرة فارغة، وربطها بزوج من الأنابيب من الأسفل، بعد هذا سخن الأنابيب من الأسفل.
ما أدى إلى إنتاج البخار الذي سرعان ما عملت الأنابيب على القيام بنقله نحو الكرة، كما عمل على إخراج إنبوبين اخرين من سطح الكرة، إذ ساهما في تفريغ البخار الذي يصل إليها، والذي بدوره نتج عنه تحرك الكرة بشكل دوراني، وبالرغم من أن تلك تعد أول مادة خام عرفت لتحويل البخار إلى حركة دورانية، إلا أنه لم يجرى استعمالها لأهداف عملية إلا في القرن السابع عشر.
طريقة عمل محرك البخار
يمكن أن نتعرف على طريقة عمل المحرك البخاري Steam Engine المستعمل في تصنيع القاطرة كمثال من أجل التعرف على طريقة عمل المحرك البخاري عمومًا، والذي يتمثل في التالي، يتكون المحرك البخاري في القاطرة من أكثر من جزء أساسي، وهي: المرجل (خزان المياه)، وصمام منزلق، وأسطوانة، وخزان بخار، ومكبس، وعجلة قيادة.
يجرى حرق الفحم في صندوق الحريق الذي يوجد في المرجل، والذي بدوره يعمل على أن يرفع درجة حرارة المرجل لتسخين الماء، ويبدأ البخار في التشكل، عند وصول الماء لدرجة حرارة الغليان، بعدها يبدأ بخار الماء في أن يتمدد بعد ذلك، ثم ينتقل عن طريق أنابيب البخار ناحية الخزان البخاري، ويعمل صمام الانزلاق على التحكم في حركة البخار ناحية الأسطوانة، لينتج عن البخار طاقة ضغط تعمل على دفع المكبس الذي بدوره يؤدي إلى تدوير عجلة القيادة، فتتحرك القاطرة نتيجة لذلك.
صناعة المحرك البخاري
العالم توماس سافري حصل على براءة الاختراع في صناعة المحرك البخاري، إذ صعنع مضخة من أجل تسهيل ضخ الماء باستعمال البخار سنة 1698م، لأن الناس كانوا يستعملون طريقة مكلفة وبطيئة جدا لاستخراج المياه، فقد كانوا يعتمدون على استعمال مجموعة من الدلاء تعمل بنظام بكرة تديرها الخيول، وكانت الخيول في حاجة إلى قدر كبير من الرعاية الطبية والتغذية بالإضافة إلى الحاجة في توفير مكان لإقامتها.
فقام توماس باختراع المضخة من أجل التسهيل على الناس، وكانت المضخة محرك يعمل على تسخين المياه وتجميع البخار الناتج في خزان، ثم توليد فراغ عن طريق عزل الخزان عن مصدر البخار، وتكثيفه من أجل سحب المياه، وبالرغم من نجاح ذلك الاختراع، إلا أنه كان يعاني من بعض العيوب، حيث أن ذلك الاختراع لم يستطع سحب المياه إلا من الأعماق الضحلة، كما أن ضغط البخار المتكون في الخزان كان يعمل على طرد المياه التي تم سحبها.
تطوير المحرك البخاري
يرجع الفضل في تطوير المحرك البخاري لسيتعمل بشكل عملي إلى العالم جيمس واط، حيث قام بإحضار محركا بخاريا عام 1763م، وترجع صناعته لنيومان Newcomen العالم الشهير، ولكن كان ذلك المحرك في حاجة إلى إجراء الإصلاحات عليه بحيث يمكن استعماله فيما بعد عمليًا، حتى نجح بعد الكثير من التجارب في أن يصل إلى طريقة تمكنه من فعل ذلك، حيث اكتشف إنه لجعل المحرك عمليا؛ يجب العمل على أن تبقى الأسطوانة التي يدخل إليها البخار ساخنة، ثم التبريد لتكثيف البخار.
