De stoommachine
Als de stoommachine gezien wordt als een black box (er gaat iets in en er komt
iets uit, maar wat erin gebeurd is niet van belang) dan geldt het volgende:
Er wordt energie in de vorm van warmte, bijvoorbeeld door het verbranden van kolen, in
de “machine” gestopt. Het is de bedoeling om zoveel mogelijk van de energie, die in de kolen
is opgeslagen, om te zetten in heen- en weergaande zuigers, geordende bewegingsenergie dus.
Alle tussenstappen die nodig zijn voor deze omzetting worden hier weggelaten.
Industrie
Wanneer de stoommachine in werking is, wordt er warmte (energie dus) afgestaan aan de omgeving. De Fransman Carnot (1796-1832) zag hoe Frankrijk qua industriële ontwikkeling achterbleef bij Engeland. Hij begreep dat het feit dat Engeland veel meer en beter gebruik maakte van de stoommachine daarvan de oorzaak was. Nadenkend over de werking van de stoommachine bedacht hij het volgende.
Het is onmogelijk is om alle warmte die je in de stoommachine stopt volledig in de gewenste vorm van energie, bewegingsenergie, om te zetten: je zult altijd een gedeelte van de toegevoerde energie "kwijtraken"als warmte die aan de omgeving wordt afgegeven.
De stoommachine kan, zeer vereenvoudigd, voorgesteld worden door onderstaande tekening. Het vat met de hoge temperatuur is de ruimte waar de kolen worden verbrand. Het vat met de lage temperatuur is de omgeving of een ruimte gevuld met water.
|
|
|
Schematische weergave van een stoommachine. |
Rendement van een stoommachine
De hoeveelheid warmte die toegevoerd wordt, noemen we Q 1 . De warmte die je “kwijtraakt” Q 2 . De gewenste energie die de stoommachine levert is W (de W van work, het Engelse woord voor arbeid). Er geldt dan Q 1 – Q 2 = W .
Het rendement η (spreek uit eta) is gedefinieerd als de energie die je wilt hebben, gedeeld door alle energie die de machine ingaat. Er geldt nu:
η = (W/Q 1) = (Q 1 - Q 2)/Q 1 = (1 – Q 2/Q 1 ) (1)
(Voor het rendement in procenten moet nog vermenigvuldigd worden met 100)
Alles overziend, kun je zeggen dat een gedeelte van de energie die opgeslagen zat in de kolen, die de stoommachine ingaan, dat is Q 1 , omgezet wordt in gewenste energie, W én de warmte Q 2 . Er geldt dus: Q 1 = Q 2 + W . Het gedeelte Q 2 gaat naar het reservoir met de lagere temperatuur.
Als er warmte wordt omgezet in arbeid is er altijd sprake van warmteverlies.
Door nog verder na te denken over de stoommachine werd het begrip entropie ingevoerd.
Volgende: Definitie van entropie
Reacties van anderen (16)
-
Onderwerp: vaag!
Auteur: sanne morsink
ik snap er niks van. kunt u me de preciese werking van de stoommachine even uitleggen? in normaal nederlands????? ik snap namelijk nie twat u bedoelt met dat q gedoe. hartelijk dank
-
Onderwerp: correctie bij schema
Auteur: Wim Huygen
Ik ga volledig akkoord met de inhoud van de tekst maar niet met de tekening. Rekening houdend met de werking van de doorsnee stoommachine zie ik het dan ook zo: - Energie zit opgeslagen in de steenkool. - Steenkool wordt verbrand, hierbij komt de opgeslagen energie vij in de vorm van warmte. - De vrijgekomen energie wordt afgestaan aan de omgeving : enerzijds aan het te verwarmen water (als Q1), anderzijds de omgeving waarin de machine zich bevindt, waarbij de in deze laatste overgedragen energie dient te worden beschouwd als Q2 (dus verloren). Bij stoomlocs wordt dit verlies beperkt door de bouw van dubbelwandige vuurkisten waarbij zich tussen deze wanden ook boilerwater bevindt. - De gassen van de verbrande steenkool staan slechts gedeeltelijk hun warmte af aan het water (bewijs : de schoorsteenrook van een stoomlocomotief is zeer heet en ook deze warmte dient de worden beschouwd als Q2). - Ook de boiler zelf staat warmte af aan de omgeving waarin hij zich bevindt. (bewijs : hou je hand nooit op de wand van een boiler, je zal je verbranden) Ook deze warmte is te beschouwen als verlies (dus Q2). In de praktijk wordt dit verlies beperkt door de boilerwanden, die niet direct met vuur in aanraking komen, te isoleren. - De stoom gaat via een leiding naar de cilinder. Vanaf dit moment is de energie geordend, want alle watermoleculen van de stoom gaan in dezelfde richting en kunnne we aldus spreken van arbeid. Tijdens dit traject gaat er echter ook energie verloren als Q2, en dit langs de wanden van de stoomleiding. Daarom worden in de praktijk stoomleidingen steeds goed geïsoleerd. - Eens in de cilinder worden we geconfronteerd met twee vormen van energieverlies. Warmte (Q2) door de aanwezige stoom en anderzijds energie-verlies door mechanische wrjiving tussen zuiger en de binnenwanden van de cilinder. - De laatste stap is de omzetting van een soort mechanische arbeid in een andere : namelijk de op-en-neer gaande beweging van de zuigerstang in een draaiende via de excentriek. Hier worden we enkel geconfronteerd met een energieverlies door wrijving van de betrokken onderdelen. Daarom dienen deze steeds goed gesmeerd te worden. Ik weet wel dat bovenstaan schema niet de bedoeling heeft zo ver te gaan, vermits enkel vuurkist en boiler in dit systeem zijn opgenomen. Toch kunnen we pas spreken van arbeid vanaf het ogenblik dat de stoom de ketel effectief verlaat. De energie-overdracht van steenkool naar water veroorzaakt slecht de produktie van stoom, omdat de watermoleculen de snelle trilling van de verbrandingsgassen via de boilerwanden en/of de vlampijpwanden overnemen. Maar in de ketel zelf is alles nog steeds chaos. Om die reden moet de pijl "W, geordende energie", vertrekken vanuit de boiler en dienen twee pijlen Q2 te vetrekken vanuit zowel het eerste als het tweede vat. Groetjes, Wim
-
Onderwerp: Stoommachine
Auteur: Anoniem
hoi ik vind het allemaal heel interessant en zo maar ik wil eigenlijk weten wie de uitvinder van de stoom machine is. is er iemand die dat weet??? asjeblieft vertel het me Anoniem
-
Onderwerp: Wat???
Auteur: tessa
wie is nouw eigelijk de uitvinder van de stoomachine ???
-
Onderwerp: alles over stoommachines
Auteur: Ruud
Ga naar: www.stoommachine.info misschien vind je daar het antwoordt
-
Onderwerp: Antwoord
Auteur: Stein
Enkele jaren voordat Savery zijn machine bouwde had Denis Papin al een machine ontworpen met een cilinder en een zuiger. De zuiger moest hierbij in beweging worden gezet door middel van de lage druk die ontstond door het afkoelen van de waterdamp in de cilinder (en niet zozeer door een hoge druk van de stoom, men durfde nog geen hoge stoomdrukken aan). Hij beschikte echter nooit over het nodige geld om zijn machine te bouwen. Een machine die op dit principe berustte werd voor het eerst gebouwd door de smid Thomas Newcomen in 1712. De stoom in de cilinder werd hierbij afgekoeld door een interne sproeier. Omdat zijn ontwerp werd gedekt door het patent dat Savery had verkregen, ging hij de machines bouwen in vennootschap met Savery . Toen de eerste machine werd geïnstalleerd in een mijn bij Staffordshire was Denis Papin in armelijke omstandigheden stervende in Londen. De stoommachine van Newcomen voldeed beter dan die van Savery. Hij hoefde niet onder in de mijn geplaatst te worden, had minder bediening nodig, en was veiliger omdat er niet zo'n hoge stoomdruk gebruikt werd. Toch was het geleverde vermogen nog gering, ongeveer 5 pk (3,7 kW), en hij was traag, met 14 slagen per minuut. Omdat het rendement van de machine laag was, werd hij slechts bij uitzondering buiten de steenkoolmijnen gebruikt. Alleen daar kon men over voldoende goedkope brandstof beschikken. Toch pleit het voor Newcomen's ontwerp dat zo'n zeventig jaar lang geen serieuze verbeteringen werden aangebracht. Enkele machines bleven meer dan honderd jaar in gebruik. In de loop van de 18e eeuw werden ze op veel plaatsen in Europa en Amerika ingezet. duidelijker he ?
-
Onderwerp: vraagje
Auteur: dannytje
en james watt word altijd degene genoemd die hem uitvond. ahha grappig:Pmaar ik kan niks vinden over het rendement van de stoommachine. jah dat het 3.7 kw uur is. maar op andere sites staat het van andere motoren in % beetje onhandig he!
-
Onderwerp: stoomamcihne
Auteur: aritha
de uitvinder is james watt van de stoommachine
-
Onderwerp: Werkelijke uitvinder
Auteur: Slimpie
Hallo, De aller eerste uitvinder was Heron Alexandrië. James Watt verbeterde zijn uitvinding. Veel groeten.
-
Onderwerp: energie schema's
Auteur: Anoniem
Kan u van de volgende 4 dingen een energie schema voor mij maken? -Het opwekken van elektriciteit bij een stuwmeer in de bergen -De werking van een televisie toestel -Je laat thuis een lampbranden met behulp van een zonnencel -Het koken van aardappelen op een gasfornuis Alvast bedankt!
-
Onderwerp: vraag over werking
Auteur: maarten
hallo. ik heb een vraag over de werking, er zijn verschillende verhalen te vinden namelijk dat door het laten condenseren van stoom er een onderdruk gecreeerd wordt en zo de zuiger heen en weer wordt bewogen en de andere is dat er stoom in de cilinder wordt geblazen. mijn vraag is, welke is waar of zijn ze allebei waar en wie is dan de uitvinder van het tweede principe? bedankt
-
Onderwerp: zorg eerst voor bronnen voor je onzin rondspuit
Auteur: Johan
Hoog tijd dat hier het een en ander duidelijk wordt gemaakt over de historie van de stoom machine. Het was inderdaad Heron van Alexandrie die potentie in stoom zag maar volgens een heel ander principe, hij liet een holle bol rond draaien op een as door aan twee kanten stoom te laten ontsnappen op een dusdanige manier dat de bol draaide, maar dit principe heeft meer weg van een raket motor. Eeuwen later bedacht een fransman Denis Papin een machine met een zuiger die beweegt door stoom af te laten koelen, hierdoor ontstaat er een druk verschil en beweegt de zuiger door een ontstaan vacuum. Hij bedacht deze machine, maar werkte hem niet uit. thans hij probeerde het wel maar dit faalde jammerlijk door onbekwaamheid van de bouwer. Robert Hooke hoorde van dit idee en liet Thoman Newcomen de machine uit werken, dit is dus NIET de uitvinder er van. Deze machine is nog steeds niet een conventionele stoom machine waar je aan denkt als je aan een stoom machine denkt, zoals een stoomlocomotief. Dat principe werd bedacht door James Watt toen hij een Newcomen machine repareerde. Bij deze machine word hete stoom onder een zuiger gespoten, die door de druk omhoog gaat. Daarna word weer hete stoom boven de zuiger gespoten, die aldus weer naar beneden gaat. De post met : Heron is de uitvinder klopt dus niet, en de post met James was de uitvinder klopt ook maar half, hij had dit niet kunnen ontdekken zonder Papin. ik raad www.Wikipedia.nl aan voor info, daar heb ik ook alles vandaan , en ik beschouw het als een betrouwbare bron. Groetjes
-
Onderwerp: werkstuk
Auteur: mie
hoe verbeterde james watt het rendelement van de stoommachine? welk tijdperk werd door de uitvinder van de stoommachinen ingeluid? op welke manier werd er gewerkt voor de uitvinding van de stoommachine danku
-
Onderwerp: Leuk
Auteur: Syl
Leuk Werkstuk
-
Onderwerp: stoommachine
Auteur: v. smits
Ik ben bezig een ontdekdoos mechanica te maken voor de bovenbouw van een basisschool. De stoommachine heb ik, nu mis ik nog een simpele echter duidelijke uitleg. Hoe en waarom. En misschien nog wat meer toepassings mogelijkheden. Het betreft dus kinderen van 10, 11 en 12 jaar die ontdekkend aan het leren zijn.
-
Onderwerp: stoommachine
Auteur: v. smits
Ik ben bezig een ontdekdoos mechanica te maken voor de bovenbouw van een basisschool. De stoommachine heb ik, nu mis ik nog een simpele echter duidelijke uitleg. Hoe en waarom. En misschien nog wat meer toepassings mogelijkheden. Het betreft dus kinderen van 10, 11 en 12 jaar die ontdekkend aan het leren zijn.
Als u wilt reageren op dit artikel moet u eerst inloggen.
RSS Feed