Warmte-energie naar mechanische energie: hoe te converteren, veelgestelde vragen en feiten

Warmtemotoren zijn de meest voorkomende apparaten die warmte-energie omzetten in mechanische energie. De belangrijkste discussie in dit artikel gaat over het omzetten van warmte-energie in mechanische energie.

In een warmtemotor worden de thermische eigenschappen van gassen zoals uitzetting of compressie, of de eigenschappen die tijdens faseovergangen van stoffen zijn geassocieerd, benut om energieconversie te bevorderen. De energie die vrijkomt bij de overgang van hoge temperatuur naar lage temperatuur wordt omgezet in mechanische energie.

Lees meer over 10+ Voorbeeld van warmte-energie naar mechanische energie: gedetailleerde uitleg

Hoe warmte-energie omzetten in mechanische energie?

In ons dagelijks leven komen we verschillende machines tegen die warmte-energie omzetten in mechanische energie, zoals een snelkookpan, energiecentrales, verbrandingsmotor, stoommachine, enz. We zullen bespreken hoe energieconversie in deze contexten plaatsvindt.

  • Verbrandingsmotoren

Motoren in auto's zijn verbrandingsmotoren.

warmte-energie naar mechanische energie
Verbrandingsmotor
Afbeeldingscredits: Flickr

Een verbrandingsmotor werkt voornamelijk door de ontsteking en verbranding van de in de motor aanwezige brandstof. Het bestaat naast een vaste cilinder uit een bewegende zuiger. Zodra de brandstof wordt blootgesteld aan ontsteking en vervolgens verbranding, zetten gassen uit waardoor de zuiger beweegt. Bewegende zuiger roteert nu de krukas, die uiteindelijk de wielen van het voertuig door het systeem van tandwielen aandrijft. 

Dienovereenkomstig wordt warmte-energie van de brandstofverbranding omgezet in mechanische energie.

  • Stoommachine

Stoommachines zijn een soort externe verbrandingsmotoren waarbij brandstof extern wordt verbrand.

In een stoommachine wordt water in eerste instantie omgezet in stoom. De warmte-energie van de oververhitte stoom beweegt een zuiger heen en weer in een cilinder. Deze beweging roteert op zijn beurt de krukas, wat de roterende beweging voor de aandrijfmachines vergemakkelijkt. Zo wordt energietransformatie van warmte-energie naar mechanische energie verkregen.

Op dit moment zijn stoommachines vervangen door zuinigere en efficiëntere apparaten zoals verbrandingsmotoren, elektromotoren, enz.

  • Energiecentrales

Het belangrijkste doel van een elektriciteitscentrale is om elektriciteit op te wekken uit de verbranding van brandstof zoals aardgas of steenkool. Terwijl de algehele energieomzetting in de elektriciteitscentrale is: chemische energie naar elektrische energie, een tussenproces zet warmte-energie om in mechanische energie.

Terwijl de brandstof verbranding ondergaat, wordt chemische energie omgezet in warmte-energie. De hete gassen die vrijkomen bij de verbranding zetten water om in stoom. Deze stoom reist door hoge druk en hoge temperatuur, die vervolgens uitzet door een turbine, deze laat draaien en zo wordt mechanische energie gegenereerd.

  • snelkookpan

Snelkookpan is een van de meest voorkomende voorbeelden in ons dagelijks leven voor de omzetting van warmte-energie in mechanische energie.

In een snelkookpan zet de warmte van het externe middel (zoals een fornuis) water om in stoom. De stoom bezit voldoende warmte-energie om het fornuis te laten fluiten. De beweging van het kookfluitje is te wijten aan de mechanische energie.

  • Aandrijving van raketten

Een deel van de energieomzetting in raketmotoren is van warmte naar mechanische energie.

Een raketmotor bevat een verbrandingskamer waarin warmte-energie wordt gegenereerd door het hete gas onder druk. Deze energie van het gas wordt vaak zijn enthalpie genoemd. Wanneer dit hete gas vrijkomt, zet de raketmotor enthalpie om in kinetische energie (een vorm van mechanische energie). Deze kinetische energie drijft de raket aan voor zijn voortstuwing.

afbeeldingen
raket voortstuwing
Afbeeldingscredits: Pixabay

Energietransformaties van de ene soort naar de andere volgen het principe van behoud van energie.

Lees meer over voorbeelden van behoud van mechanische energie: gedetailleerd inzicht

Warmte-energie naar mechanische energie: veelgestelde vragen

Beschrijf de twee soorten mechanische energie met voorbeelden.

De positie en beweging van een object bepalen zijn mechanische energie. Mechanische energie wordt over het algemeen ingedeeld in:

  • Kinetische energie
  • Potentiële energie

De combinatie van zowel de potentiële energie als de kinetische energie van een lichaam geeft zijn netto mechanische energie.

Kinetische energie van een lichaam is de energie die het bezit vanwege zijn beweging. Bijvoorbeeld, de energie die we uitoefenen als we rennen, spelen, springen, dansen, enz. is kinetische energie. De beweging van een auto is te wijten aan de kinetische energie (mechanische energie) die door de motor wordt gegenereerd.

Download
Voetballende kinderen – Kinetische energie
Afbeeldingscredits: Pixabay

Potentiële energie van een lichaam is te wijten aan zijn positie of configuratie. Een object dat tot een bepaalde hoogte is opgetild, bevat potentiële zwaartekrachtenergie. Een rots aan de rand van een klif bezit potentiële energie. Elastiek die tot het uiterste wordt getrokken, bezit elastische potentiële energie. Hydro-elektrische energie wordt verkregen uit het water dat is opgeslagen in dammen, omdat de potentiële energie van het water dat is opgeslagen in de dam wordt omgezet in de kinetische energie van de roterende turbines en vervolgens in elektrische energie.

Lees meer over 14+ gebruik van mechanische energie: gedetailleerde uitleg

Wat wordt bedoeld met een externe verbrandingsmotor? Geef voorbeelden.

In tegenstelling tot een verbrandingsmotor die brandstof in de motor verbrandt, werkt een externe verbrandingsmotor door de verbranding van brandstof buiten de motor.

Voorbeelden van een externe verbrandingsmotor zijn:

  • Kokend waterverwarmer
  • Stoommachine

De werkefficiëntie van een externe verbrandingsmotor is slechts ongeveer 15-25% in tegenstelling tot die van interne verbrandingsmotoren die 35-45% efficiënt is.

Lees meer over 10+ Voorbeeld van mechanische tot thermische energie: gedetailleerde uitleg

Lees ook: