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I MOTORI E LE MACCHINE MOTRICI - Coggle Diagram
I MOTORI E LE MACCHINE MOTRICI
La macchina a vapore
La macchina a vapore è un motore che trasforma l’energia del carbone in movimento meccanico grazie al vapore acqueo. È nata nel 1700 e ha rivoluzionato il modo di produrre durante la Prima Rivoluzione Industriale, in particolare in Inghilterra. Ha permesso la nascita delle fabbriche, dove il lavoro non era più manuale ma fatto dalle macchine. Ha anche portato alla costruzione delle locomotive e delle ferrovie.
La macchina a vapore è composta da:
Caldaia: dove il carbone riscalda l’acqua, trasformandola in vapore ad alta pressione.
Cilindro e stantuffo: il vapore spinge lo stantuffo avanti e indietro.
Biella-manovella: trasforma il movimento avanti-indietro dello stantuffo in movimento circolare.
Condensatore: raffredda il vapore e lo trasforma di nuovo in acqua.
Pompa: riporta l’acqua nella caldaia.
Cassetto di distribuzione: dirige il vapore nei due lati del cilindro per far muovere lo stantuffo.
L’inventore che ha migliorato molto questa macchina è James Watt, che l’ha resa più efficiente.
Il motore a scoppio
Il motore a scoppio, o motore a combustione interna, funziona usando benzina o gasolio (gasolio = diesel). Questo tipo di motore è nato durante la Seconda Rivoluzione Industriale (fine ‘800), e ha cambiato il mondo dei trasporti, in particolare con l’invenzione dell’automobile. Il primo modello è stato costruito da Karl Benz.
Ci sono due tipi principali di motore a scoppio:
Motore a benzina (Ciclo Otto) – 4 tempi:
Aspirazione: entra la miscela aria + benzina.
Compressione: il pistone sale e comprime la miscela.
Scoppio: la candela produce una scintilla che fa esplodere la miscela.
Scarico: i gas vengono espulsi.
Motore a gasolio (Diesel) – 4 tempi:
Aspirazione: entra solo aria.
Compressione: il pistone comprime l’aria (si scalda).
Iniezione e scoppio: viene iniettato il gasolio che esplode per il calore.
Scarico: espulsione dei gas.
Il movimento del pistone viene trasformato in rotazione grazie alla biella e all’albero a gomiti, che collegano i pistoni a un unico asse. Più pistoni lavorano insieme in modo alternato, così il motore non si ferma mai.
Il motore elettrico
Il motore elettrico trasforma l’energia elettrica in energia cinetica (cioè movimento). Funziona grazie all’elettromagnetismo, cioè la forza generata quando una corrente elettrica passa in un campo magnetico. Questo tipo di motore è usato in moltissimi oggetti di uso quotidiano, come frullatori, lavatrici, trapani, phon.
Nelle automobili elettriche, al posto del serbatoio c’è un grande pacco batterie, che si trova sotto i sedili. Queste batterie forniscono elettricità al motore, che fa girare le ruote. Si ricaricano con una presa di corrente.
Ci sono anche le auto ibride, che usano sia un motore elettrico sia un motore a scoppio. Le più moderne si chiamano plug-in: hanno una batteria piccola, quindi il motore elettrico funziona solo per brevi tragitti.
Vantaggi del motore elettrico: non emette gas inquinanti durante l’uso.
Svantaggi: la produzione di energia elettrica e lo smaltimento delle batterie inquinano comunque.
Il motore a idrogeno (Cella a combustibile)
Un motore a idrogeno funziona con una cella a combustibile, che trasforma l’idrogeno e l’ossigeno in elettricità, producendo come scarto solo vapore acqueo. La cella è come una batteria che non si scarica mai, finché viene rifornita di idrogeno.
Come funziona:
L’ossigeno attira gli elettroni dell’idrogeno, che si muovono in un circuito.
Si genera corrente elettrica che alimenta il motore.
Alla fine, gli atomi si ricombinano e formano acqua.
Problema: l’idrogeno non si trova puro in natura. Deve essere prodotto con energia elettrica attraverso un processo chiamato elettrolisi dell’acqua. Se questa energia viene da centrali a carbone o gas, non è del tutto pulito.
Aerei a reazione
Gli aerei a reazione devono vincere due forze:
La gravità, che li tira verso terra → si usa la forma delle ali per creare la portanza (una forza che spinge verso l’alto).
L’attrito con l’aria, che si supera con un motore potente.
La portanza si crea perché l’aria sopra l’ala va più veloce e ha meno pressione di quella sotto → l’aereo “sale”.
Due tipi di motore a reazione:
Turbogas:
L’aria entra, viene compressa, poi mescolata con carburante e bruciata.
I gas escono ad alta velocità e spingono l’aereo in avanti, secondo la 3ª legge di Newton (azione-reazione).
Turbofan:
Come il turbogas, ma con una grande ventola davanti che spinge più aria.
È più potente e più silenzioso.