في عام 1763م لجأ أستاذ الفيزياء أندرسون إلى المهندس الإنكليزي جيمس واط لإصلاح نموذج لآلة نيوكومن، فقام واط بإصلاح النموذج، وتبيَّن له أن آليته ناقصةٌ جدا، كما أدرك أن سبب التبذير الكبير في الوقود يعود إلى وجود مقدار كبير من البخار الساخن الجديد الثمين الذي يتكلُّف بينما يُعيد تسخين الأسطوانة والمكبس، الذي قد بُرِّد حديثا جدا بالماء المحقون. حسن واط الآلة باختراع مُبردٍ مستقل، أو مكثّف؛ حيث كان البخار يُدفع إليه قبل التكاتف، ثم كان الماء المكثَّف يُضَخ إلى الوراء إلى الغلاية، أدخل واط أيضًا تحسينات أخرى، مثل: ⁵⁶

(1) الإبقاء على جدار الأسطوانة دافئًا بتسخينه بالبخار القادم.

(2) إدخال نظام صمامات بارع، والنتيجة أنَّ المكبس يُمكنه العمل في الوقت نفسه في الحركة النازلة والصاعدة.

(3) إغلاق صمام البخار قبل نهاية الحركة. صحيح أنَّ هذا زود بعمل أقل في الدورة، إلا أنه كان إجراءً كفئًا، فهو حتى الآن يستهلك بخارًا أقل.

سَجَّل واط براءته لاختراع محركه البخاري في عام 1769م، واستمرَّ بعد ذلك في إجراء تحسينات على آلته ويعتقد كثير من النَّاس خطأ أنَّ واط اخترع المحرك البخاري، والواقع أنه قام فقط بإدخال تحسينات على التصميمات السابقة التي ابتكرها نيوكومن وخفض تكلفة استخدام محركات البخار المكثفة، وبذلك صَارَ مُمْكنًا استخدام هذه المحركات في أعمال أخرى غير الضخ. ⁵⁷

مبدأ عمل المحرك البخاري بأبسط أشكاله – والذي يعتمد مبدأ واط – أن تُسخّن الحرارة الماء وتُولَّد بخارًا ينتقل إلى أسطوانة، ويؤدي تغيير ضغط ودرجة الحرارة في البخار إلى تحريك مكبس. حركة المكبس تؤدي إلى دوران دولاب يؤدي إلى رفع حمل. النتيجة النهائية هي تحويل الحرارة إلى عمل ميكانيكي مفيد. (مصدر الشكل: العمر، محمد علي، مسيرة الفيزياء على الحبل المشدود بين النظرية والتجربة مجلة عالم الفكر، تصدر عن وزارة الإعلام في الكويت المجلد 20، العدد 1، أبريل – مايو – يونيو، الكويت، 1989م. ص42.)

وفي عام 1782م حصل واط على براءة اختراع لآلة يعمل فيها المكبس شوطًا. وقد قال: «إنَّ تحسيني الثاني للآلات البخارية أو النارية يكمن في استعمال القوة المرنة للبخار، لتحريك المكبس إلى الأعلى، وكذلك لدفعه إلى الأسفل بالتناوب، مولدًا فراغًا فوق المكبس أو تحته في وقت مستعملا تأثير البخار على المكبس في تلك النهاية أو في ذلك الجزء من الأسطوانة، الذي لا يجري فيه انفلات البخار. يمكن أن تُعطي الآلة المُصَمَّمة بهذه الطريقة كميةً مُضاعفة من العمل أو أن تكتسب استطاعة مضاعفة بالوقت نفسه ... بالمقارنة مع الآلة التي تؤثر فيها القوة الفعالة للبخار على المكبس في اتجاه واحد فقط، إما إلى فوق، وإما إلى تحت.» هذه الآلة التي سموها آلة التأثير المزدوج أصبحت في النهاية محركًا بخاريًا يعمل دون توقف.⁵⁸

___________________________________________________

هوامش

56- .Müller, Ingo, A History of Thermodynamics, p. 49

57- الموسوعة العربية العالمية، مدخل «المحرك البخاري»، الرياض، 2004م.

58- كارتسيف، فلاديمير وخازانوفسكي، بيوتر، آلاف السنين من الطاقة، ص88.

مواضيع ذات صلة

الديناميكا الحرارية الجزيئية

توزيع بولتزمان

العلاقات بين الخواص

القانون الثالث للديناميكا الحرارية

الطاقة الحرة

القانون الثاني للديناميكا الحرارية

القانون الأول للديناميكا الحرارية

Order and entropy

Irreversibility

The Clausius-Clapeyron equation

Internal energy

Entropy