სითბური ძრავები და გარემოს დაცვა

    ავტომობილი კაცობრიობის საუკეთესო მონაპოვარია. მის შექმნაში გამოყენებულია: მათემატიკის ურთულესი გამოთვლები, ფიზიკისა და ქიმიის მიღწევები, მეტალურგთა მიერ შექმნილი ლითონები და სხვა. ავტომობილში გამოყენებულია სითბური ძრავის ერთ-ერთი ტიპი _ შიგაწვის ძრავა.   სითბური ძრავა ეწოდება მანქანას, რომელშიც, საწვავის შინაგანი ენერგია მექანიკურ ენერგიად გარდაიქმნება. ავტომობილის შიგაწვის ძრავებში საწვავად, ძირითადად გამოყენებულია ბენზინი. პირველად შიგაწვის ძრავის შექმნის მცდელობა იყო 1670 წელს, ჰოლანდიელი მეცნიერი ვან გიუმენგი და ფრანგი დენი ჰაპენი შეეცადნენ შეექმნათ ერთცილინდრიანი ძრავა, რომელიც დენთის საშუალებით იმუშავებდა. სწორედ დენთის გამოყენებამ არ გაამართლა. პირველი შიგაწვის ძრავა 1860 წელს შექმნა ფრანგმა ინჟინერმა  ე. ლენუარმა, ხოლო 1876 წელს გერმანელმა ინჟინერმა რ. დიზელმა  სრულყოფილი სახე მისცა, რის გამოც დიზელის ძრავა ეწოდა. ძრავა შედგება ცილინდრისაგან, რომლის ზედა ნაწილში საწვავი იწვის. ცილინდრში მოძრაობს დგუში, რომელიც ბარბაცას  და მრუდმხარას მეშვეობით შეურთდება მუხლა ლილვს ეს უკანასკნელი დაკავშირებულია რამდენიმე ცილინდრთან ოთხ ან ექვსცილინდრიან ძრავაში. დგუშის ზევით და ქვევით მოძრაობისას ბარბაცა აიძულებს ლილვს იბრუნოს. ლილვზე დამაგრებულია მქნევარა, რომლის დანიშნულებაა ლილვის ბრუნვის არათანაბრობის შემცირება.

   ცილინდირს ზედა ნაწილში არის სარქველები, რომლებიც მუშაობის დროს ავტომატირად იღება და იხურება. სარქველიდან ცილინდრში შედის საწვავი ნარევი, რომელიც აალდება სანთლის მეშვეობით, მეორე სარქველით გამოდის ნამუშევარი აირი.  ძრავაში ერთი მუშა ციკლი სრულდება ოთხი სვლისა ანუ ოთხი ტაქტის შესრულებით ამიტომ ასეთ ძრავას, ოთხტაქტიანი ეწოდება. სითბური ძრავის ეფექტურობის შესახებ მსჯელობენ იმის მიხედვით, თუ საწვავის დაწვისას გამოყოფილი სითბოს რაოდენობის რა ნაწილი გარდაიქმნება მექანიკურ ენერგიად - სითბური ძრავას  მარგი ქმედების კოეფიციენტით,  რომელიც განისაზღვრება ძრავას მიერ სასარგებლო მუშაობის შესასრულებლად დახარჯული ენერგიის შეფარდებით საწვავის წვისას გამოყოფილი მთელ ენერგიასთან.

    სითბური ძრავების ფართოდ გამოყენება უარყოფითად მოქმედებს გარემოზე. ატმოსფეროში გამოტყორცნილი დიდი სითბური ენერგია დედამიწაზე საშუალო წლიური ტემპერატურის გაზრდას იწვევს, რაც მყინვარების დნობასა და მსოფლიოს ოკეანეთა დონის აწევას გამოიწვევს. თბოელექტროსადგურთა საცეცხლეები, ატომური ელექტრო სადგურები ავტომობილთა შიგაწვის ძრავები და სხვა განუწყვეტლივ გამოსტყორცნიან ატმოსფეროში მცენარეების, ცხოველებისა და ადამიანებისთვის მავნე ნივთიერებებს. ატმოსფეროს დაბინძურების თავიდან აცილების ეფექტური საშუალება შიგაწვის ძრავების ელექტროძრავებით შეცვლაა. აგრეთვე თბოელექტროსადგურების ნაცვლად, ალტერნატიული  ეკოლოგიურად სუფთა ენერგიის წყაროების გამოყენება კერძოდ ქარის ენერგია, წყლის ენერგია, მზის ენერგია, ასევე ბიოგაზის გამოყენება.

                                                  

                                                                               

                                                                                                                                         ლევან ჯობაძე

რეაქტიული ძრავები

თითქმის ნახევარი საუკუნის განმავლობაში, აეროპლანების მექანიზმს პროპელერები წარმოადგენდა. 1940-იან წლებში ცაზე, პირველი წარმატებული რეაქტიული საჰაერო ხომალდი გამოჩნდა. მათი დიზაინი და გაზრდილი სიჩქარე ავიაციაში რევოლუციის დასაბამად იქცა.

  პირველი სამხედრო თვითმფრინავი, რომელიც ექსპლუატაციაში 1944 წელს გაუშვეს იყო გერმანული “Me 262 “ რვა წლის შემდეგ, 1952 წილის 2 მაისს “De Havilland Commet” გახდა პირველი რეაქტიული ავიალაინერი, რომელიც კომერციული მომსახურების სფეროში დაინიშნა.

   რეაქტიული ძრავის მოძრაობისათვის საჭირო წევის ძალის წარმოსაქმნელად აუცილებელია პირველადი ენერგიის მუშა სხეულის რეაქტიული ჭავლის კინეტიკურ ენერგიად გარდაქმნა. ძრავის საქშენიდან მუშა სხეულის გამოდინების შედეგად, ჭავლის რეაქციის სახით რეაქტიული ძალა იქმნება. რეაქტიული ძრავის პრინციპი პირველად ინგლისელმა მეცნიერმა ისააკ ნიუტონმა თავის მესამე კანონში წარმოადგინა: “არსებობს ქმედება და შესაბამისი კონონზომიერი უკუქმედება”.

  მაგალითად, რაკეტას ჟანგბადის მარაგის საკუთარი წყარო გააჩნია, რომელიც საწვავის წვისთვისაა აუცილებელი. რეაქტიული ძრავა კი საჭირო საჭირო ჟანგბადს პირდაპირ ატმოსფეროდან იღებს. რეაქტიული ძრავების უმარტივეს ტიპს წარმოადგენს პირდაპირი რეაქციის ძრავა, რომლის მოძრაობასაც საქშენიდან გამოსული რეაქტიული ჭავლი უზრუნველყოფს.

  რეაქტიულ ძრავაში შეიძლება გარდაიქმნას ენერგიის სხვადასხვა სახეობა. პირველად ენერგიად უფრო ხშირად ქიმიური ენერგია გამოიყენება. ამ შემთხვევაში მუშა სხეულს გავარვარებული აირები- ქიმიური სსთბობის წვის პროდუქტები წარმოადგენს. რეაქტიული ძრავის მუშაობის დროს დამწვარ ნივთიერებათა ქიმიური ენერგია წვის პროდუქტების სითბურ ენერგიად გარდაიქმნება, ხოლო ცხელი აირების სითბური ენერგია რეაქტიული ჭავლის წინსვლითი მოძრაობის მექანიუკურ ენერგიად.

  პირდაპირი რეაქციის ძრავის უპირატესობას წარმოადგენს ის ფაქტი, რომ იგი მოძრავი ნაწილებისაგან არ შედგება, თუმცა მუშაობს მხოლოდ მაშინ, როდესაც საჰაერო ხომალდი იმდენად დიდი სისწრაფით მოძრაობს, რომ ჰაერის საჭირო კომპრესიას აწარმოებს. ასეთი სახის რეაქტიული ძრავები 2400- 4000 კმ/სთ სიჩქარეს ავითარებს.

  ტურბორეაქტიულ ძრავაში წევას ქმნის რეაქტიული საქშენიდან გამოდენილი აირების ჭავლი. ტურბორეაქტიულ ძრავაში შესული ატმოსფერული ჰაერი ჯერ ჰაერსაღებში იკუმშება, შემდეგ კი-ტურბოკომპრესორში. შეკუმშული ჰაერი გადაეცემა წვის კამერას, რომელშიც შეშხაპუნდება თხევადი ქიმიური საწვავი.

  ტურბორეაქტიული ძრავის წევის გაზრდა შეიძლება საწვავის დამატებითი დაწვით საფორსაჟო კამერაში. საფორსაჟო კამერები, ძირითადად, სამხედრო- საჰაერო ხომალდებზე გამოიყენება, რაც მათ სიმძლავრესა და სიჩქარეს  მატებს.

                                                                                                           

                                                                                                                      მარიამ ორჯონიკიძე

დიზელის ძრავები

 ძრავა- ეს არის მანქანა, რომელიც რაიმე ენერგიას გარდაქმნის მექანიკურ ენერგიად. გამოყენებული ენერგია შეიძლება იყოს სითბური, გრავიტაციული, წყლის, ქარის და ა.შ.

  ძრავა შედგება მრუდმხარა ბარბაცა მექანიზმისგან, რომლის შედგენილობაში შედის შემდეგი დეტალები: დგუში, დგუშის თითი, ბარბაცა, ლვივი და მქნევარა.

  კონკრეტულად, დიზელის ძრავის სახელწოდება უკავშირდება გერმანელი ინჟინერ-გამომგონებლის რუდოლფ დიზელის სახელს, რომელიც 1890-იან წლებში საექსპორტო მოდელის აფეთქების დროს კინაღამ დაიღუპა.

    დიზელის ძრავები უამრავი სახის სატრანსპორტო საშუალებებში, გენერატორებში, სამრეწველო მანქანა-დანადგარებში გამოიყენება. დიზელის ძრავა შიდა წვის ძრავის ფორმას წარმოადგენს. ეს ნიშნავს, რომ საწვავი შიგნით იწვება მექანიკური ენერგიის გამოსამუშავებლად. ტიპიური ბენზინის ძრავის მსგავსად, ცილინდრში საწვავი ალდება შეკუმშვის შედეგად მაღალ ტემპერატურაზე ჰაერში შეფრქვევის გამო. ძრავის მუშაობა დგუშების უკუქცევით-წინსვლითი მოძრაობის შედეგად მიიღება. ასევე, შესაძლებელია მბრუნავი როტორის გამოყენებაც.

  ბენზინისა და დიზელის ძრავებს შორის მთავარი განსხვავება საწვავისა და ჰაერის აალების პროცესში მდგომარეობს. ბენზინის ძრავის  შემთხვევაში აალება ნაპერწკლით ხდება. დიზელის ძრავაში კი ჰაერი ცილინდრებში იმდენად იკუმშება, რომ ტემპერატურა 500⁰C-ს აღემატება. ამის შემდეგ საწვავის შეფრქვევა ხდება, რაც აალებისთვის საკმარისია და ნაპერწკალი აღარ არის საჭირო.

  კუმშვით აალება დიზელის ძრავებს ამარტივებს და ამასთანავე, უსაფრთხოებას მატებს, რასაც ვერ ვიტყვით ბენზინის ძრავაზე. დიზელის ძრავის უპირატესობას წარმოადგენს კიდევ ის ფაქტი, რომ დიზელის ზეთს ნაკლები რაფინირება ესაჭიროება და ბენზინთან შედარებით გაცილებით იაფია. თავად საწვავიც უსაფრთხოა და ცეცხლთან მიტანისას დიზელის ზეთი არ ალდება.

  დიზელის ძრავას უფრო მძიმე კონსტრუქცია ესაჭიროება, ვიდრე ბენზინის ძრავას, რადგანაც ცილინდრებმა საკმაოდ მაღალ წნევას უნდა გაუძლონ. მაღალი წნევის მოქმედება კი ძრავის ექექტურობას ერთი ორად ზრდის.

                                                                                

                                                                                                                  

                                                                                                                                                               მარიამ გაბუნია

სითბური ძრავები. მათი მუშაობის ფიზიკური საფუძვლები. მარგი ქმედების კოეფიციენტის გაზრდის გზები.

 სითბური ეწოდება ძრავას, რომელიც მექანიკურ მუშაობას ასრულებს სითბური ენერგიის ხარჯზე. ე.ი. სითბური ძრავა შინაგან ენერგიას გარდაქმნის მექანიკურ ენერგიად. ნივთიერებას, რომელიც სითბურ ძრავაში მუშაობას ასრულებს, მუშა სხეული ეწოდება. სითბურ ძრავაში, საწვავის წვის დროს, იზრდება მუშა სხეულის (აირის) ტემპერატურა მის გარშემო არსებულ გარემოსთან შედარებით. ამის გამო იზრდება მუშა სხეულის წნევა. მაგრამ მუშა სხეულის ტემპერატურა შემცირდება გარემოსთან შეხების გამო, რაც თავის მხრივ იწვევს მუშა სხეულის წნევის შემცირებას და ამავე დროს მოცულობის გაზრდას. ე.ი. ამ დროს მუშა სხეული ასრულებს მუშაობას თავისი შინაგანი ენერგიის ხარჯზე.

  სითბური ძრავის მუშაობის თავისებურება იმაში მდგომარეობს, რომ მუშა სხეულის მიერ სახურებლიდან მიღებული ენერგიის ნაწილი აუცილებლად გადაეცემა მაცივარს. ე.ი. მექანიკურ ენერგიად გარდაიქმნება სითბური ენერგიის მხოლოდ ნაწილი, დანარჩენი კი გაიბნევა გარემომცველ სიცრცეში.

  სითბური ძრავის მიერ შესრულებული  A მუშაობის შეფარდებას ამ მუშაობის შესასრულებლად მიღებულ Q სითბოს რაოდენობასთან სითბური ძრავის მარგი ქმედების კოფიციენტი (მკქ) ეწოდება.

  თუ მუშა სხეულმა სახურებლიდან Q სითბოს რაოდენობა მიიღო, ხოლო მაცივარს Q₁  სითბოს რაოდენობა გადაეცა, მაშინ ძრავაში მექანიკურ მუშაობად გარდაქმნილი სითბოს რაოდენობა ტოლი იქნება A=Q-Q_1.

  ვინაიდან სითბური ძრავა მექანიკურ ენერგიად სითბური ენერგიის ნაწილს გარდაქმნის, ამიტომ Q>A ან Q>Q-Q₁ და  მქკ<1.

მაშასადამე, იმისათვის, რომ სითბურმა ძრავამ იმუშაოს, აუცილებლად უნდა გვქონდეს სახურებელი (რომელიც გადასცემს სითბოს მუშა სხეულს), მუშა სხეული და მაცივარი (რომელსაც გადასცემს სითბოს მუშა სხეული).

 ფრანგმა მეცნიერმა სადი კარნომ კარნომ გამოთვალა, რა შემთხვევაში ექნება სითბურ ძრავას მაქსიმალური მქკ. ამისათვის მან თეორიულად შეისწავლა იდეალური სითბური მანქანა,რომელის მუშა სხეულად იდეალურ აირს გულისხმობდა. გამოთვლებმა აჩვენეს, რომ სითბური ძრავის მქკ არ შეიძლება აღემატებოდეს გარკვეულ მაქსიმალურ     სიდიდეს:  η_მაქს= , სადაც T არის აბსოლუტური ტემპერატურა, ხოლო T₁-მაცივრისა. რაც უფრო დიდია გამათბობლის ტემპერატურა და მცირეა მაცივრის ტემპერატურა, ე.ი. რაც უფრო დიდია ამ ტემპერატურათა სხვაობა, მით უფრო მეტი სითბოს რაოდენობა გარდაიქმნება მუშაობად. მაშასადამე, მით მეტი იქნება სითბური ძრავის მქკ. მაშასადამე სითბური ძრავის მქკ-ს გასაზრდელად საჭიროა გავზარდოთ სახურებლის ტემპერატურა და შევამციროთ მაცივრის ტემპერატურა. სითბური ძრავის  მქკ  ერთის ტოლი შეიძლება გახდეს მხოლოდ იმ შემთხვევაში, თუ მაცივრის T₁ ტემპერატურა ტოლი იქნება აბსოლუტური ნულისა. მართლაც, თუ T₁=0⁰K, მაშინ η_მაქს=  ფორმულიდან მივიღებთ η=1. მაგრამ პრაქტიკულად T₁>0⁰K, ამიტომ η<1.

                                                                                                                                                 


                                                                                                                                                                      აკაკი მაღრაძე