המצאת מנוע הקיטור

"מנוע לריכוך עצמות"

כוח הקיטור היה ידוע עוד בתקופה העתיקה.

הֶרוֹן (Heron)

, מתמטיקאי ומכונאי יווני שחי באלכסנדריה במאה הראשונה לספירה, בנה את האֶהוֹלִיפִּילִי (Aeolipile – "כדור רוח" ביוונית). האהוליפילי הנו כדור ברזל מסתובב על ציר נטוי ובעל שני פתחים. שני הפתחים מנוגדים אחד לשני ובעלי צינורות יציאה כפופים לשני כיוונים מנוגדים. הכדור מחובר דרך שני צינורות לסיר אטום הממולא במים. סיר המים מונח מעל מקור אש, כך שהמים בו מובאים לידי רתיחה. כאשר המים בסיר האטום רותחים, מתמלא הכדור באדי הקיטור המחפשים מפלט החוצה ויוצאים דרך שני הפתחים המנוגדים בו. הקיטור הנפלט החוצה מעניק לכדור כוח סיבוב והוא נע על צירו. מתקן מופלא זה שימש בעת העתיקה לשעשוע בלבד.

מכונת הקיטור הראשונה של העת המודרנית נבנתה על-ידי

דֶנִיס פָּפִּין (Denis Papin)

. פפין נולד ב-22 לאוגוסט בשנת 1647 בכפר צרפתי קטן בשם בּלוֹאִי (Blois) בצרפת. בשנת 1669 סיים רכישת השכלה באוניברסיטת אָנְגֶרְס (Angers) בתחומי רפואה, מתמטיקה ופיזיקה. לאחר-מכן עבר לפאריז, שם סייע ל

כְּרִיסְטִיאַן יוּגִינְס (Christiaan Huygens)

, פיזיקאי-מתמטיקאי הולנדי, בניסוייו עם משאבת-אוויר. לאחר שהשניים פרסמו את הניסויים שערכו, נסע פפין ללונדון.

בלונדון התקבל פפין לעבודה כעוזר מעבדה אצל

רוֹבֶּרְט בּוֹיְל (Robert Boyle)

. בשנת 1679 הציג פפין מכונה המנצלת את כוחו של הקיטור. מדובר בסיר מים אטום שהבאתו לידי רתיחה גרמה לעליית הלחץ האטמוספרי בתוכו.

הלחץ האטמוספרי הגדל גרם לעליית נקודת הרתיחה של המים. כלומר, במקום שהמים ירתחו בהגיעם לטמפרטורה של כ- 100 מעלות צלסיוס, כעת כדי להרתיחם נדרש לחממם לטמפרטורה גבוהה יותר, של 120 מעלות או 140 מעלות ... זאת בהתאם ללחץ האטמוספרי שנוצר בתוך הכלי הסגור. ככל שטמפרטורת המים עלתה כך גדל גם הלחץ האטמוספרי. הסיר הסגור העשוי מתכת אינו יכול לעמוד בלחץ אינסופי. סופו של הסיר להתבקע עם יופעל על דפנותיו לחץ פנימי גדול מידי. לכן, שסתום בטיחות מנע מהלחץ הנוצר בתוך הסיר מלהצטבר לרמה מסוכנת של פיצוצו. ברגע שהלחץ הפנימי התקרב לרמה מסוכנת, נפתח השסתום המיוחד והוא אפשר לאדי קיטור עודפים לצאת מהסיר.

הלחץ האטמוספרי הגבוה שהתקבל בסיר הלחץ נוצל לצורך ביצוע עבודת בישול, מכאן גם הכינויים המיוחדים שניתנו לסיר: "קיטור מעכל" וגם "מנוע לריכוך עצמות".

בעזרת סיר הלחץ הציג פפין כי ניתן לרתום את כוח הקיטור המתקבל מאנרגיית החום לתועלתו של האדם. אך מה לגבי ניצול אנרגית החום לביצוע עבודה מכאנית? זה היה השלב הבא בעבודתו של פפין. לאחר מספר שנים של ניסויים ועבודת מחקר מאומצת הציג פפין, בשנת 1690 לערך, את המתקן הראשון המנצל את אנרגיית החום, באמצעות כוח הקיטור, לביצוע פעולה מכאנית.

המתקן של פפין היה מורכב מגליל אנכי חלול עשוי מתכת אשר בתוכו הותאמה בוכנה פנימית. חלקו התחתון של הגליל מולא במים עד כמעט לגובה הבוכנה. עם הבאת המים שבגליל לידי רתיחה נוצרו בחלל הקטן שמתחת לבוכנה אדי קיטור. לחץ אדי הקיטור דחף את הבוכנה מעלה. עם הזזת מקור החימום אשר מתחת לגליל וקירורו האיטי באוויר התקררו גם אדי הקיטור והם התעבו לטיפות מים ונפלו חזרה לתחתית הגליל. אז ירד הלחץ אשר בתוך הגליל והבוכנה נפלה מטה מכוח-המשיכה וחזרה למיקומה הראשוני. כל התהליך של חימום המים שבתחתית הגליל וקירורם היה ממושך. כל פעולת עלייה של הבוכנה מעלה נמשכה למשך למעלה מדקה שלימה, וכך גם כל פעולת ירידה שלה.

המתקן של פפין

מכונה זו הייתה כמובן מאוד לא יעילה ולא שימושית. התהליך שבו כל פעם נדרש לחמם מחדש את הגליל בו הבוכנה נמצאת ואחר לקרר אותו ושוב לחמם מחדש וחוזר חלילה היה איטי, בזבזני ומייגע. אך הייתה זו הוכחה כי ניתן לנצל את כוח הקיטור לביצוע פעולה מכאנית. כעת נדרשה פריצה דרך מחשבתית כדי להגות, לתכנן ולבנות מערכת משופרת בה תהליך המרת אנרגיית החום לפעולה מכאנית יהיה יעיל יותר.

לפרק הבא


[ מנוע לריכוך עצמות | ידיד הכורים | מנוע אטמוספרי | יחידת המעבה |
שכלול מנוע קיטור | ווסת צנטריפוגלי | כוח-סוס | סיכום ]





[ עמוד ראשי - המצאות | מתמטיקה קדומה | מספרים אי-רציונליים | משפט פיתגורס | גיאומטריה אוקלידית | אלגברה | התפתחות הסְפַרוֹת | משוואות קוביות וקווארדיות | מספרים מורכבים | לוגריתם | חשבון דיפרנציאלי ואינטגראלי | עיקרון הציפה | זכוכית מגדלת | משקפיים | מיקרוסקופ | טלסקופ | חוק סְנֵל | חוק בויל | חוקי התנועה | עיקרון ברנולי | שלושת חוקי התרמודינמיקה | טבלה מחזורית | מדידת מהירות האור | כוח לורנץ | קרינת רנטגן | טרנספורמצית לורנץ | תורת היחסות הפרטית | גילוי האטום | תורת היחסות הכללית | חשמל | חוק קולון | חוק אוהם | חוקי קירכהוף | נורת להט | מנוע קיטור | מנפה כותנה | מצלמה | מקרר | מזגן | מחשב | מכבש דפוס | כתב ברייל | טלגרף | טלפון | רדיו | טלוויזיה | כדור פורח | מצנח | רכבת | אופניים | מכונית | אווירון מדחף | מטוס סילון | אבק שריפה | תותח | רובה מוסקט | מרגמה | אקדח | מוקש | מקלע | רובה-מטען | הוביצר | תת-מקלע | רימון-יד | טנק | רובה-סער | פצצת אטום | תורת האבולוציה | פסטור | תיאוריית התורשה | פניצילין ]