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Team Wissensdurst
Von der Dampfmaschine zum Verbrennungsmotor
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Grundlagen zum Thema Von der Dampfmaschine zum Verbrennungsmotor

Inhalt

Dampfmaschinen – Physik

Sicherlich hast du in der Schule – im Unterricht oder in einem Referat – schon einmal gehört, dass die Dampfmaschine die Industrialisierung und den technischen Fortschritt sehr stark vorangetrieben hat. Oder vielleicht hast du sogar schon einmal eine Dampfmaschine oder ein Modell davon gesehen. Doch hast du dich auch schon einmal gefragt, was eine Dampfmaschine eigentlich ist? Um dieser Frage nachzugehen, wollen wir im folgenden Text auf die Prinzipien und Verwendungsmöglichkeiten von Dampfmaschinen genauer eingehen.

Dampfmaschinen – Definition

Eine Dampfmaschine ist eine Maschine, die sich die Eigenschaft zunutze macht, dass sich der Druck in einem geschlossenen Gefäß erhöht, wenn man in diesem eine Flüssigkeit (wie z. B. Wasser) verdampft. Dieser Druck kann dazu genutzt werden, Arbeit zu verrichten. Die Erfindung einer für solche Zwecke verwendbaren Dampfmaschine geht auf Thomas Newcomen und das Jahr 1712 zurück. Seine Dampfmaschine war jedoch nicht sehr effizient. Später gelang es James Watt, die Effizienz erheblich zu verbessern und die Dampfmaschine mitsamt ihrer Vorteile für die Industrie nutzbar zu machen.

Wie funktioniert eine Dampfmaschine?

Um die Funktionsweise der Dampfmaschine besser zu verstehen, sollten wir uns zunächst den Aufbau einer Dampfmaschine anhand einer Skizze genauer anschauen.

Schematischer Aufbau einer Dampfmaschine als Erklärung

Eine Dampfmaschine besteht aus einem großen, mit Wasser gefüllten Gefäß, das meist durch die Verbrennung von Kohle oder Holz erhitzt wird. Beginnt das Wasser zu kochen, so entsteht Wasserdampf und es erhöht sich der Druck. Der Wasserdampf wird nun in einen Zylinder mit einem verschiebbaren Kolben geleitet. Da der Wasserdampf unter einem hohen Druck steht und sich somit ausdehnen will, drückt er den Kolben weg. Erreicht der Kolben das andere Ende des Zylinders, so führt ein Ventil dazu, dass die Zufuhr des Wasserdampfs unterbrochen wird, und ein Auslass wird geöffnet. Nun wird der Wasserdampfeinlass auf der anderen Seite des Zylinders geöffnet, was dazu führt, dass der Kolben in die Startposition zurückgeschoben wird und somit den Wasserdampf auf der Startseite aus dem Zylinder herausgedrückt. Hat der Kolben die Startposition erreicht, so schließt sich auf der zweiten Seite die Wasserdampfzufuhr und der Auslass auf dieser Seite wird geöffnet. Nachdem sich der Auslass auf der ersten Seite wieder geschlossen hat, öffnet sich der Wasserdampfeinlass auf der Startseite erneut und der Prozess beginnt von vorne.

Dampfmaschinen in der heutigen Zeit

Heutzutage wurden die Dampfmaschinen als Antrieb oder zur Stromerzeugung weitgehend von Verbrennungsmotoren wie dem Dieselmotor und dem Ottomotor abgelöst. Verbrennungsmotoren sind effizienter und haben im Gegensatz zur Dampfmaschine nicht den Nachteil, dass sie einen langen Vorlauf beim Starten benötigen. Dennoch gibt es auch heute noch vereinzelte Einsatzbereiche, in denen man Dampfmaschinen finden kann. So gibt es unter anderem alte Eisenbahnen, die mit Dampfmaschinen betrieben werden.

Dampfmaschinen – Zusammenfassung

In diesem Video erhältst du eine Erklärung zur Dampfmaschine. Du weißt nun, wie sie aufgebaut ist, wie sie funktioniert und wo sie eingesetzt wird. Auch zum Thema Dampfmaschine gibt es ein Arbeitsblatt und interaktive Übungen – du kannst dein neu erworbenes Wissen also sogleich testen!

Transkript Von der Dampfmaschine zum Verbrennungsmotor

Schon um 1830, im Industriezeitalter, wurden Maschinen erfunden, mit denen man mühelos weite Strecken überwinden kann. Eisenbahnen können mit ihrer Hilfe Berge und Täler durchqueren, Dampfschiffe flussaufwärts fahren. Diese Maschinen sind Dampfmaschinen. Die Dampfmaschine nutzt ein physikalisches Phänomen: Wenn man eine Flüssigkeit erhitzt und zum Sieden bringt, verdampft sie. Es entsteht ein Gas. Erhitzt man dieses in einem Gefäß immer weiter, steigt der Druck im Gas. Durch die darin enthaltene thermische Energie kann Arbeit verrichtet werden. So können beispielsweise Kolben bewegt werden. Die Dampfmaschine wandelt also thermische Energie in mechanische Energie um. Sie gehört zu den Wärmekraftmaschinen. Mit der Dampfmaschine erschlossen sich völlig neue Möglichkeiten für die Produktion von Waren und für das Transportwesen. Doch mit der Zeit brauchte man eine Antriebsmaschine auch für andere Geräte. Sie sollten kleiner und flexibler sein als die Dampfmaschine mit ihrem großen Dampfkessel. So wurde schließlich eine weitere Wärmekraftmaschine erfunden. Der Verbrennungsmotor. Aber was wird hier eigentlich verbrannt? Was treibt diese Motoren an? In den heutigen Verbrennungsmotoren werden Benzin, Diesel oder auch Kerosin wie hier im Flugzeug verbrannt. Das sind alles flüssige Kohlenwasserstoffverbindungen. In diesen Stoffen ist viel chemische Energie gebunden. Diese gebundene Energie wird von Verbrennungsmotoren über die thermische Energie, die beim Verbrennen entsteht, in mechanische Energie umgewandelt.

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