Chế tạo một Động cơ Hơi nước

Từ Thư viện Khoa học VLOS
Bước tới: chuyển hướng, tìm kiếm

Nhắc đến cụm từ “động cơ hơi nước” người ta hay nghĩ đến những đầu máy xe lửa hoặc những chiếc xe chạy bằng động cơ hơi nước Stanley, nhưng chúng còn có nhiều ứng dụng hơn thế chứ không chỉ sử dụng riêng trong ngành vận tải. Động cơ hơi nước, được phát minh ra ở dạng thô sơ từ hơn hai nghìn năm trước, đã trở thành nguồn năng lượng chính trong khoảng ba thế kỷ gần đây, và ngày nay những tua-bin hơi nước đang sản xuất ra hơn 80% năng lượng điện trên thế giới. Để bạn có hiểu biết rõ hơn về nguyên lý hoạt động của động cơ hơi nước, hãy tự làm lấy một chiếc máy động cơ hơi nước từ những vật liệu dễ kiếm bằng các phương pháp trong bài viết này! Xem các bước bên dưới để bắt đầu.

Các bước

Làm một Động cơ Hơi nước từ Lon nước ngọt (Dành cho Trẻ em)

  1. Cắt ngắn một lon nhôm xuống còn khoảng 6,35 cm. Dùng kéo cắt nhôm hoặc kéo thường để cắt một đường ngang, quanh thân lon nước dài bằng khoảng 1/3 chiều cao tính từ đáy lon.
  2. Gập và uốn mép lon bằng kìm. Gập phần cạnh sắc vào bên trong thân lon để loại bỏ phần cạnh sắc của nó. Tránh cắt vào tay khi bạn thực hiện việc này.
  3. Ấn phần đáy lon từ bên trong để làm nó phẳng ra. Hầu hết các loại lon nước ngọt đều có phần đáy lõm vào phía bên trong. Ấn nó phẳng ra bằng cách dùng ngón tay hoặc dùng phần đáy của cốc hoặc lọ thủy tinh.
  4. Đục hai lỗ ở hai phía đối diện của lon nước cách cạnh khoảng 1,27cm tính từ trên xuống. Bạn có thể dùng đồ bấm lỗ giấy để đục hoặc dùng búa và đinh. Bạn cần đục lỗ có đường kính lớn hơn 3,175 mm một chút.
  5. Đặt một cái nến hộp vào giữa lon. Vò giấy nhôm lót xuống dưới và xung quanh nến để giúp hộp nến đứng vững. Nến hộp được đựng trong những hộp nhỏ, vì vậy sáp nến sẽ không bị chảy và nhỏ giọt vào lon nhôm của bạn.
  6. Quấn phần giữa của một ống đồng dài khoảng 15,24-20,32 cm quanh một chiếc bút chì 2 hoặc 3 vòng để làm thành cuộn dây. Loại ống 3mm rất dễ để cuốn quanh bút chì. Bạn sẽ cần để dư ra một khoảng ống để đặt ngang lên đầu lon nước, cộng thêm 2 x 5,08 cm ống thẳng ở mỗi bên.
  7. Cắm hai đầu của đoạn ống qua hai lỗ trên cái lon. Đoạn chính giữa của cuộn ống sẽ nằm thẳng ngay phía trên bấc nến. Hãy cố làm sao để đoạn ống thừa ra ở mỗi bên sẽ dài bằng nhau.
  8. Uốn đầu của những đoạn ống bằng kìm để tạo thành góc 90-độ. Uốn đoạn ống thẳng ở hai đầu để chúng chỉ về hai hướng ngược nhau trên mỗi phía của lon nước. Sau đó, uốn cong ống lần nữa để hai đầu ống thấp hơn so với đáy lon. Khi bạn hoàn thành, bạn sẽ có phần ống cuộn lại nằm ở ngay trên bấc nến và nối dài ra tới hai "ống xả" uốn theo hai hướng ngược nhau ở hai bên lon.
  9. Đặt cái lon vào chậu nước sao cho hai đầu ống ngập trong nước. Chiếc “thuyền” của bạn nên nổi một cách thoải mái. Nếu hai đầu ống không ngập hẳn trong nước, hãy thử làm lon nước nặng hơn một chút, nhưng đừng làm chìm nó.
  10. Cho nước đầy vào ống. Cách dễ nhất để thực hiện việc này là đặt một đầu vào trong nước rồi ngậm vào đầu kia và hút giống như ống hút vậy. Cách khác, bạn có thể bịt ngón tay vào một đầu rồi đưa đầu kia vào vòi nước đang chảy.
  11. Đốt nến. Sau một lúc, nước trong ống sẽ nóng lên và bắt đầu sôi. Khi nó chuyển thành dòng hơi, nó sẽ bắn ra ngoài từ hai “ống xả” trên ống đồng, làm cho toàn bộ cái lon xoay trong chậu nước.

Làm một Động cơ Hơi nước từ Hộp sơn (Dành cho Người lớn)

  1. Cắt một lỗ hình chữ nhật gần đáy của hộp sơn (loại 4,5 lít). Cắt một hình chữ nhật nằm ngang kích thước 15x5 cm bên sườn của hộp sơn chỗ gần với đáy.
    • Chú ý rằng hộp sơn này (và những hộp khác mà bạn sẽ sử dụng sau này) chỉ chứa sơn gốc latex (sơn nước) và phải được rửa sạch bằng xà phòng và nước trước khi sử dụng.
  2. Cắt một mảnh lưới sắt có kích thước 12x24 cm. Gập 6cm ở mỗi đầu của cạnh dài 24cm thành góc 90o. Nó sẽ tạo ra hình một "cái bàn" vuông 12x12 cm với hai "chân" 6cm. Đặt mảnh lưới này vào trong hộp sơn, chân đặt xuống dưới và ráp khít lại với cạnh lỗ trên hộp sơn mà bạn vừa cắt.
  3. Cắt những lỗ nhỏ hình bán nguyệt trên nắp theo vòng chu vi của nắp hộp. Sau này, bạn sẽ đốt than đá bên trong hộp sơn để cung cấp nhiệt cho động cơ hơi nước. Nếu than đá không được cung cấp đủ ôxy, nó sẽ cháy không được bén. Tạo ra sự thông khí bằng cách khoan hoặc đục những lỗ hình bán nguyệt quanh rìa của nắp hộp.
    • Những lỗ thông khí này có đường kính 1cm là lý tưởng nhất.
  4. Quấn một cuộn dây từ ống đồng. Lấy khoảng 6m dây ống đồng mềm loại đường kính 6mm và đo lấy 30cm từ một đầu. Bắt đầu từ điểm đó, quấn thành một cuộn dây 5 vòng đường kính 12 cm. Quấn phần ống còn lại thành khoảng 15 vòng đường kính 8cm. Bạn nên còn thừa lại khoảng 20 cm ống dư.
  5. Luồn cả hai đầu của cuộn ống qua lỗ thông khí trên nắp. Uốn cong cả hai đầu của cuộn ống sao cho chúng hướng lên trên rồi luồn từng đầu qua một lỗ trên nắp. Nếu phần ống thừa ra không đủ dài, có thể bạn sẽ cần phải tháo bớt cuộn ống ra một chút.
  6. Đặt cuộn ống và than đá vào trong hộp sơn. Đặt cuộn ống bên trên lưới lọc. Bỏ than đá vào để lấp đầy phần không gian còn trống. Đậy chặt nắp lại.
  7. Khoan lỗ lắp ống trên hộp sơn nhỏ hơn. Khoan một lỗ đường kính 1 cm ở giữa nắp hộp. Ở bên hông hộp sơn, khoan 2 lỗ kích thước 1 cm, một cái gần đáy hộp và một cái ở trên gần với nắp.
  8. Nhét những nút ép cao su vào hai lỗ ở trên thân hộp nhỏ. Cắm hai đầu của ống đồng vào giữa hai nút ép đó. Cắm một đoạn dây nhựa chắc dài 25cm vào nút ép và một đoạn 10cm vào nút còn lại để chúng vừa khít và dư một khoảng nhỏ ở sau nút ép. Cắm nút ép có dây dài hơn vào lỗ bên dưới của hộp nhỏ và nút ép có dây ngắn hơn thì gắn vào lỗ bên trên. Gắn chặt các ống vào nút bằng vòng kẹp khóa ống.
  9. Nối ống nhựa từ hộp lớn vào hộp nhỏ. Đặt hộp nhỏ bên trên hộp lớn sao cho các ống gắn nút xoay ra hướng khác khỏi các lỗ thông khí của hộp lớn. Dùng băng dính kim loại để gắn chắc ống từ nút ở đáy với ống kéo từ đáy của cuộn ống đồng. Sau đó gắn chắc ống nhựa từ nút ở trên với đầu cao hơn của cuộn dây cùng bằng một cách đó.
  10. Gắn một ống rỗng bằng đồng vào hộp nối dây. Dùng búa và tua vít để tháo phần nắp hình tròn khỏi hộp nối dây điện hình tròn. Đảm bảo là bên trong hộp vẫn còn gắn cái kẹp với nhẫn giữ dây điện. Lấy một ống đồng có đường kính 1,27 cm dài 15 cm và nhét vào hộp để ống nhô ra khỏi hộp điện một chút. Dùng búa đập nhẹ cạnh trên đầu của ống đồng để nó bẹp vào trong. Gắn đầu dưới của ống vào lỗ trên nắp hộp sơn nhỏ.
  11. Cắm một que xiên thịt vào nút chốt. Lấy một que xiên thịt nướng thông thường và cắm nó vào một nút gỗ nhỏ dài 1,5cm đường kính 0,95 cm. Cắm que và chốt vào trong ống đồng trên hộp nối dây để cái que chỉ lên trên.
    • Que xiên thịt và nút chốt sẽ đóng vai trò như "pít tông" khi máy chạy. Để làm cho chuyển động của pít tông dễ quan sát hơn, bạn nên gắn một miếng giấy nhỏ "làm cờ hiệu" lên đầu que xiên thịt.
  12. Chuẩn bị cho máy hoạt động. Tháo hộp nối dây ra khỏi hộp sơn nhỏ bên trên và đổ đầy nước vào đó, cho nước tràn vào trong cuộn ống đồng cho tới khi hộp sơn chứa khoảng 2/3 thể tích là nước. Kiểm tra tất cả các chỗ nối xem có bị rò rỉ gì không và chắc chắn là các chỗ cần bịt kín được lắp chặt. Gắn chắc nắp của hai hộp sơn bằng cách dùng búa gõ nhẹ. Lắp hộp nối dây vào chỗ cũ trên nắp hộp.
  13. Chạy động cơ! Vò nát giấy báo và nhét vào bên dưới lưới chắn sau đó đốt lên. Khi than đá bắt lửa, chúng sẽ cháy trong khoảng 20-30 phút. Đồng thời chúng sẽ làm nóng nước trong cuộn ống, hơi nước sẽ được đẩy lên hộp bên trên. Khi hơi nước đạt được áp suất cần thiết, nó sẽ đẩy bộ pít tông lên. Khi hơi nước thoát ra và áp suất giảm đi, trọng lực sẽ kéo pít tông xuống. Cắt bớt que xiên để giúp làm giảm trọng lượng của pít tông nếu cần – pít tông càng nhẹ, nó càng “nẩy” lên thường xuyên hơn. Hãy thử gọt cho cái que nhỏ lại cho đến khối lượng mà pít tông có thể “chạy” lên xuống liên tục.
    • Bạn có thể đẩy nhanh quá trình cháy của than đá bằng cách dùng máy sấy tóc thổi qua các lỗ thông khí.
  14. Hãy cẩn thận. Động cơ hơi nước này phải được điều khiển và vận hành cẩn thận. Đừng bao giờ chạy động cơ hơi nước trong nhà. Đừng bao giờ chạy nó ở nơi có thứ dễ cháy như lá khô hoặc tán cây rủ xuống. Chỉ được chạy nó ở nơi có bề mặt cứng và không cháy được như sàn bê tông. Nếu bạn làm cùng trẻ em, hãy chắc chắn là có một người lớn luôn quan sát mọi lúc. Đừng để trẻ em lại gần máy khi than đang cháy. Nếu bạn không biết cái máy nóng như thế nào, hãy coi như là nó quá nóng để có thể chạm vào.
    • Ngoài ra, cần chắc chắn rằng hơi nước có thể thoát ra khỏi "hộp đun nước" bên trên. Nếu như pít tông bị kẹt vì lí do nào đó, áp suất sẽ tăng lên trong hộp nhỏ. Trong tình huống xấu nhất, có thể cái hộp sẽ phát nổ. Điều đó cực kỳ nguy hiểm.

Lời khuyên

  • Đặt động cơ hơi nước vào một cái thuyền nhỏ, với cả hai ống đều luồn về phía sau và chìm trong nước, để làm một món đồ chơi dùng năng lượng hơi nước. Bạn có thể tạo ra những vật có hình dạng con thuyền đơn giản từ chai nước ngọt nhựa hoặc can thuốc tẩy để tạo ra “dự án xanh”.

Cảnh báo

  • Không được bịt ống đồng bằng bất cứ cách nào khác ngoài ngâm đầu nó xuống nước. Mặc dù khó xảy ra, nhưng áp suất thừa có thể khiến ống bị nổ và làm bạn bị thương.
  • Nhớ dùng kẹp, kìm, hoặc găng tay nếu bạn cần phải di chuyển máy trong khi nó chạy.
  • Khi bạn phải giữ động cơ khi nó đang chạy, đừng trỏ đầu ống xả vào bất cứ ai, bởi dòng hơi nước nóng có thể gây ra bỏng.
  • Đừng cố làm một cái động cơ hơi nước phức tạp hơn trừ khi bạn hiểu rõ cách làm. Một vụ nổ nước sôi, dù là quy mô nhỏ cũng có thể gây ra vết thương nghiêm trọng.

Những thứ bạn cần

Động cơ Hơi nước từ Lon nước ngọt

  • Lon nhôm
  • Kéo cắt nhôm hoặc kéo lớn
  • Kìm
  • Cái đồ bấm lỗ
  • Nến hộp
  • Giấy bạc
  • Ống đồng loại 3,175mm
  • Bút chì hoặc que xiên thịt
  • Nước
  • Chậu

Động cơ Hơi nước từ Hộp sơn

  • Hộp sơn loại 4,4 lít (tốt nhất là chưa qua sử dụng, nếu không, hãy rửa bằng xà phòng và nước)
  • Hộp sơn loại 1,1 lít (như trên)
  • 6 m ống dây đồng 6,35 mm
  • Băng keo dính kim loại
  • 2 nút ép
  • Hộp nối dây điện kim loại hình tròn
  • Kẹp dây điện phù hợp với hộp nối dây điện
  • 15 cm loại ống đồng 1,27 cm
  • 12x24 cm lưới sắt
  • 35 cm ống nhựa cứng loại 6,35 hay 3,17 mm
  • 2 cái kẹp cho ống nhựa
  • Than nướng thịt (loại dễ cháy thì tốt hơn)
  • Que nướng thịt
  • Nút gỗ dài 1.5 cm đường kính 0.95 cm (một đầu được mở ra)
  • Tua vít
  • Khoan
  • Búa
  • Kéo cắt nhôm/kéo
  • Kìm

Nguồn và Trích dẫn