Yaptığımız her iş için enerji tüketilir. Yolda yürürken, bahçe kazarken. çiçek kopartırken enerji harcarsınız. Bu enerji besinlerden sağlanır. Besin, vücudun yakarak enerji sağladığı bir tür yakıttır.
Tarihin eski dönemlerinde insanlar bütün işlerini yalnız kendi kaslarını ve enerjilerini kullanarak yaparlardı. Daha sonra at, eşek ve öküz gibi hay hayvanları evcilleştirerek yük taşıma ve benzeri işlerde çalıştırdılar. Zamanla da, işlerini. yaptırmak için makineler geliştirdiler.
Motorlar cisimleri hareket ettirmek için kullanılan makinelerdir. Buhar makinesi bunu yapmak için gerekli enerjiyi buhardan alır. Buhar çok sıcaktır. Isı enerjinin bir biçimidir. Buhar makinesi, cisimleri hareket ettirmek için buharın ısı enerjisini kullanır.
Buhar makineleri ilk otomobillerde ve lokomotifIerde kullanılmıştır. Dizel lokomotifieriyle elektrikli lokomotifierin bulunmasından önceki tek lokomotif türü buharh lokomotifdi.
Güney Amesika’da başlıca buğday vetiştiricisi ülke Arjantin’dir. Avrupa’da en çok buğdayı Fransa üretir. Ama dünyada en çok buğday üreten ülke Sovyetler Birliğidir. Sovyetler Birliği dünyadaki toplam buğday üretiminin dörtte birini karşılar. Bu ürünün büyük bir bölümü Ukrayna’nın zengin ovalarından elde edilir. Buhar, sudan daha fazla yer kaplar. Su buhar biçimine dönüşünce genleşir. Su, buhar olurken 1 700 kat genleşir. Örneğin, bir çavdanlıktaki su kaynarken, buhar çaydanlığın ağzından dışarı püskürür. Aynı zamanda çaydanlığın kapağını da iter ve kapağın kena.rından fışkıracak biçimde kapağı kaldırabilir. Aıuharın genleşmesi, çavdanlığın kapağını kaldırart bir basınç yaratır. Buhardaki iSi enerjisi, çaydanlık kapağını hareket ettiren enerjiye dönüşmüştür. Hareket enerjisine mekanik enerji adı verilir. IBuhar makinesinin çalışması ısı enerjisinin mekanik enerjiye dönüşmesi ile olur.
Bir buhar makinesinde gerıleşen buharın basıncı, silindir adı verilen içi boş bir tüp içinde hareket eden pistonu ileriye ve geriye doğru itmek için kullanılır. Piston, silinıdir içine iyice yerleşen bir metal parçasıdır. Pistonun ucu piston kolu adı verilen ve silindirin üst kısmına kadar giren bir kola bağlıdır. Piston kolu da piston ile birlikte ileri ve geriye doğru harek et eder. Pistonun ileriye ve geriye doğru hareketi, makineyi hareket ettirmek için kullanılabilecek dairesel bir harekete dönüştürülür. Bu da, bağlantı kolu adı verilen uzun bir kol ile sağlanır. Bağlantı kolunun bir ucu piston koluna. öbür ucu ise volan adı verilen bir tekerleğe bağlıdır. Daha önce de belirtildiği gibi piston kolu ileriye ve geriye doğru hareket eder. Piston kolunun hareketi bağlantı kolunun bir ucunu da harekete geçirir. Bu ise, bağlantı kolunun diğer ucunun volana bağlı olduğu nokta çevresinde salınmasına yol açar. Bu salınma sırasında bağlantı kolu volanı çevirir. Piston kolunun silindirin bir ucunu. gitmesi ile bağlanltı kolu, volanı biryarım daire boyunca çevirir. Daha sonra, piston kolu silindir içinde geri geldiğiınde daire tamamlanmış olur. Böylece piston kollunun her ileriye ve geriye doğru hareke tinde, bağlantı kolu volanı bir tam daire boyunca çevirmiş olur. Buharlı lokomotifte bağlantı kolu, tekerleğe bağlanmıştır.
Piston her zaman aynı hızda hareket etmez. Her ileri ve geri gidiş sonunda hareketsiz kalır. Yön değiştirirkeri bir an durur. Yolunun ortasındayken hızı daha fazladır. Pistonun hareketleri bağlantı koluna geçer.
Bir buharlı makinede volan çok önemli bir parçadır. Yolan, bağlantı kolunun hareketlerini düzeltir. Yolan bağlantı kolu hareketsiz iken ve üzerine bir etki yapmazken de dönmeye devam eder. Yolan tıpkı bazı oyuncak otomobiller gibi çalışır. Oyuncak otomobilin tekerleklerini yere sürterek itince içindeki bir dişli dönmeye başlar. Dişli, otomobil bırakılınca da dönmeye devam ederek otomobilin tekerleklerini hareket ettirir ve bir süre yol almasını sağlar. Aynı biçimde, buharlı makinenin volanı. piston ve bağlantı kolu hareketsizken de dönmeye devam eder.
Buhar makinesinde kullanılan buhar, makinenin dışındaki bir kazandan elde edilir. Bu nedenle buhar makinesine dıştan yanmalı motor adı verilir. Otomobil motoru ise içten yanmalı motor ya da patlarlı motordur. Yakıt motorun içinde yanar.
Buharlı makineler için iki kazan türü vardır. Bunlar, alev borulu kazanlar ve su borulu kazanlardır. Alev borulu kazanlar. elektrikli çaydanlıklar gibi çalışır. Elektrikli çaydanlıkta ısıtıcı çubuk veya eleman, suyun içindedir. Elemana yakın olan su ısınır. Böylelikle suhareketetrneve başlar. Bir süre sonra suyun tamamı ısınır ve kaynamaya başlar.
Alev borulu kazanlarda kömür veya mazot kullanılır. Yanmakta olan yakıttan çıkan sıcak gazlar boruların içine girer. Borular bir su tankı içindedir. Borunun çevresindeki su ısınır. Borunun çevresindeki su kaynayıp buhar biçimine dönüşünceye kadar hareket eder.
Alev borulu kazanların bazı olumsuz yönleri vardır. Kaynama, suyun hareketine bağlı olduğundan geç gerçekleşir. Öte yandan alev borulu kazanlar çok yer kaplar. Alev borulu kazanlar, gü.nümüzde lokomotifierde ve az ölçüde buhar harcayan buhar makinelerinde kullanılmaktadır.
Su borulu kazanlar, yüksek basınçta büyük ölçüde buhar üretirler. Bu tür kazanlarda su, borular içinden geçer. içinde su bulunan borular, yakıtın yakıldığı odalardan geçer. Az ölçüde su ısıtıldığı için su çabucak kaynayarak buhara dönüşür. Kazandan geçen buhar, makinenin silindirlerine girmeden önce bir buhar odasında biriktirilir. Buhar makinesinin en önemli parçalarından biri de buharın buhar odasından silindire geçmesini sağlayan supaptır. Bu supapa sürgülü supap adı verilir. Sürgülü supap hareket edebilir. Belli bir durumda, buharın silindirin alt kısmından pistonun altına geçmesini sağlar. Silindirin içine dolan buhar pistonu yukarı doğru iter. Aynı anda sürgülü supapın üzerindeki bir başka delik, pistonun üst kısmından buharın dışarı çıkmasını sağlar. Böylece piston serbestçe yukarı doğru hareket eder. Piston, silindirin üst kısmına doğru itildiğinde sürgülü supap yeni bir konuma geçer. Supabın hareketi, pistonun silindirin üst kısmına girmesini sağlar. Bu durumda buharın çıktığı delik kapanır. Ancak bir başka çıkış deliği buharın silindirin alt tarafından dışarı çıkmasını sağlar. Piston silindirin üst kısmındayken, buhar pistonun üst tarafından boşluğa dolmaya başlar. Bundan sonra buhar, pistonu silindirin alt kısmına doğru geri iter. Silindirin alt kısmında bulunan buhar dışarı çıkartabildiği için pistonun aşağıya doğru hareketi engellenmez. Piston silindirin alt kısmına ulaşmadan sürgülü supap ilk konumuna geri döner. Böylece pistonun yukarıya ve aşağıya doğru hareketi yeniden başlar.
Hız denetimi: Bazı buhar makinelerinin düzgün bir hızda çalışmaları gerekir. Bunun için hız bir ayarlayıcı ile denetlenir. Ayarlayıcı. silindir içine giren buharın miktarını ayarlar. Makine çok hızlı çalışıyorsa, silindire giren buharın bir kısmını keser. Makine çok yavaş çalışıyorsa, silindire daha fazla buhar girmesini sağlar.
Bir milin ucuna bağlı iki top basit bir ayarlayıcı oluşturur. Mil, makinenin volanı ile aynı hızda döner. Mil döndükçe iki ucundaki toplar da dönmeye başlar. Bir ipin ucuna bağlı bir topu başınızın üstünde çevirirseniz top, ip yere paralel oluncaya kadar yukarıya ve dışarıya doğru gider. Aynı durum ayarlayıcının iki topu için de söz konusudur. Ne kadar hızlı dönerlerse o kadar yukarıya doğru hareket ederler. Toplar belli bir yüksekliğe ulaştıklarında buharın geçtiği supap i belli bir ölçüde kapatırlar. Böylece silindirin içine daha az buhar girer ve makine daha yavaş çalışır. Makine çok yavaş çalışırsa toplar hızlı dönmez. Bu durumda supabın altında kalırlar. Bu durum supaptan silindirin içine daha çok buhar girmesine yol açar ve makine hızlanır.
Buharla çalışan bir başka makine türü de buhar türbinidir. Türbin. çevresinde kanatlar olan büyük bir tekerlektir. Buhar su borulu kazanlarda üretilir. Kazandan gelen buhar dar bir meme içinden geçirilir. Buhar memenin ucundan güçlü bir biçimde fışkırır. Hızla fışkıran buhar türbinin kanatlarına çarpınca kanatlar türbini döndürür. Buharlı döner türbin gemilerin pervanelerinin döndürülmesinde kullanılır. Buharlı türbinler. elektrik üretmede de kullanılırlar.
Buhar makinesinin önemi günümüzde azalmıştır. Oysa buhar makinesi bir zamanlar büyük bir devrim meydana getirmişti. iIk buhar makineleri XVIII. yüzyılın başlarında yapıldı. 100 yıl içinde buhar gücü birçok işlerde kas gücünün yerini aldı. Bir buhar makinesi birçok beygirin yaptığı işi yapabiliyordu. Bu nedenle buhar makinesinin gücü, yerini aldığı beygir sayısı ile ölçüldü. Buna da makinenin beygir gücü adı verildi. Bu güç watt adı verilen birimle de ölçülebilir.
ilk buhar makineleri, ingiltere’deki kömür ocaklarında kullanıldı. Ocaklar çok derin olduğu için çevredeki sular içeriye doluyordu. Bu su atlar tarafından çalıştırılan pompalarla dışarı veriliyordu. Ancak atların bakımı pahalıydı. Bu nedenle yeni bir pompa gerekiyordu.
Buhar makinesinin gelişmesi: Ilk buharlı makinelerden biri 1712 yılında Thomas Newcomen adında bir ingiliz tarafından yapıldı. Newcomen’in makinesi maden ocağı içindeki bir pompayı çalıştıran bir ağaç kirişi hareket ettiriyordu. Kiriş ortasından tespit edilmişti; bir aşağı bir yukarı salınıyordu. Kirişin bir ucu makinenin pistonuna bağlanmıştı.
Newcomen’in makinesinde piston, buhar basıncı ile hareket ettirilmiyordu. Bunun verine buharın bir başka özelliği uygulanıyordu. Buhar soğuyunca yeniden su biçimine dönüşür yani yoğunlaşır. Su, buhardan çok daha az yer kaplar. Buhar kapalı bir yerde yoğunlaşırsa büyük bir boşluk ortaya çıkar.
Newcomen’in silindirinin üst kısmı açıktı. Makine çalışırken piston silindirin üst kısmında duruyordu. Bunu kirişin öbür ucundaki bir ağırlık sağlıyordu.
Buhar silindirin alt kısmından içeri veriliyordu. Bu durumda piston silindirin üst kısmında duruyordu. Bundan sonra silindirin içine su püskürtülüyordu.Su buharı soğutuyordu. Böylelikle buhar yoğunlaşarak çok daha az yer kaplayan suya dönüşüyordu. Sonuç olarak silindir içindeki basınç azalıyordu. Piston da dışardakl havanın basıncı ile aşağıya doğru itiliyordu. Pistonun aşağı doğru hareketi kirişi kaldırıyordu.
Pistonu bırakmak için silindir içine daha fazla buhar veriliyordu. Bu durumda kirişin öbür ucundaki ağırlık pistonu yukarı çekiyordu.
iskoçyalı bilim adamı James Watt, Newcomen’in makinesi üzerinde çok önemli gelişmeler yaptı. Watt, Newcomen’in makinesinin ısı israf ettiğini gördü. Her çalışmadan sonra silindirin ısıtılması gerekiyordu, daha sonra yeniden soğutuluyordu.
Watt, buharın yoğunlaştırıldığı ayrı bir oda geliş tirdi. Böylelikle silindir her zaman sıcak kalıyor ve daha az ısı ziyan oluyordu.
Watt’ın yaptığı bir başka buluş da sürgülü supaptır. Newcomen’in makinesinde piston yalnız aşağıya doğru harekette buhar tarafından çalıştırılıyordu. Sürgülü supap ile piston hem yukarı hem de aşağıya doğru harekette çalıştırılabilecekti. Watt’ın buhar makinesinde sağladığı gelişmeler, bu makinenin daha birçok alanlara uygulanabilmesini sağladı. xıx. yüzyılın ilk yarısında fabrikalardaki makinelerin, lokomotifIerin ve gemilerin çalıştırılmasında buhar makinesinden yararlanılıyordu.
