సంగ్రహ ఆంధ్ర విజ్ఞాన కోశము/మూడవ సంపుటము/ఘర్మయంత్రములు

ఘర్మయంత్రములు (Heat Engines) :

ఒక “పనిని” (work) సులభముగా చేయవలెనన్న, యంత్రము నుపయోగింపవచ్చును. 'పని' అనగా నేమి ? ఉదాహరణమునకు ఒక మనుష్యుడు ఒక పెద్దరాయిని తలపై పెట్టుకొని నిశ్చలముగా నిలబడినాడనుకొందము. రాయి బరువువలన అతడు అలసట చెందవచ్చును. కాని శాస్త్రరీత్యా చూచినచో, అతడేమియు 'పని' చేయలేదు. అట్లుకాక రాతిని నేలమీదినుండి ఎత్తి ఒక బల్లమీద పెట్టినచో, ఆతడు కొంత 'పని' చేసినట్లగును. రాయి బరువును బల్ల ఎత్తుచే గుణించుటవలన అతడు చేసిన 'పని' యొక్క పరిమాణము (amount) మనకు తెలియును. ఇదే 'పని'ని చేయుటకు మనుష్యుడు తన కండరశక్తిని వినియోగించుటకు బదులు ఒక యంత్రమును ఉపయోగింప వచ్చును. యంత్రము పనిచేయునట్లు చేయుశక్తిని లేదా యంత్రశక్తిని (mechanical energy) అనేక విధములుగా పొందవచ్చును. అందులో నీటిని వేడిచేయుట ఒక పద్ధతి. అనగా, ఉష్ణశక్తి వలన నీటిని ఆవిరిగామార్చి, ఆ ఆవిరియొక్క పీడనశక్తిచే యంత్రములు పనిచేయునట్లు చేయుట. ఇచ్చట ఉష్ణశక్తి యంత్రశక్తిగా మారుటచే పనిని చేయగలుగుచున్నాము. ఉష్ణశక్తికిని యంత్రశక్తికిని గల అవినాభావ సంబంధము అనేకవిధముల స్పష్టీకరింపబడినది. పదార్థములలోని అణువుల (molecules) సంచలనమువలన ఉష్ణము కలుగుచున్నట్లు చలన సిద్ధాంతము (Kinetic Theory) చే నిరూపింపబడినది. ఒక కేలోరీ (Calorie) ఉష్ణము 4.18x10⁷ ఎర్గుల (ergs) పనికి సమానమని ప్రయోగములచే నిర్ణయింపబడినది. ఇట్లు ఉష్ణశక్తి (Heat energy) వలన పనిచేయు యంత్రములు ఘర్మ లేక ఉష్ణయంత్రములు (Heat engines) అని పిలువబడుచున్నవి. వివిధరకముల ఘర్మ యంత్రములను గూర్చి తెలిసికొనుటకు ముందు వాటి మూలసూత్రములను విశదీకరించు ఉష్ణగతిశాస్త్రము (Thermodynamics)ను గురించి కొంత తెలిసికొనవలసి యున్నది. ముఖ్యముగా ఉష్ణశక్తికిని యంత్రశక్తికినిగల సంబంధమును తెలుపు శాస్త్రమునకు ఉష్ణగతి శాస్త్రము అని ప్రారంభములో ఈయబడినది. కాలక్రమేణా ఈ శాస్త్రము అధికముగా విస్తృతము చెందుటచే అనేక ఇతర విషయములు ఉష్ణగతి శాస్త్రపు పర్యవేక్షణ క్రిందకు వచ్చినవి. శక్తి, దాని వివిధరూప భేదములను గురించియు, పదార్థముల స్థితిలో కలిగిన భౌతిక మార్పుల (physical changes of State) కు సంబంధించిన సమతాస్థితి (equilibrium) ని గురించియు, రాసాయనిక ప్రతిక్రియ (chemical reaction) ల సమతాస్థితిని గురించియు, ఎక్క డెక్కడ ఉష్ణతాశక్తి (heat energy) తన పాత్ర నిర్వహించునో అట్టి ప్రక్రియల (processes) సమతా స్థితిని గురించియు ఈ శాస్త్రము నేడు తెలుపుచున్నది. భౌతిక, రాసాయనిక శాస్త్రములలోని ముఖ్య సూత్రములను, తదితర అనుభవములను ఆధారముగా చేసికొని, ఉష్ణగతి శాస్త్రమునకు వెన్నెముక అనదగిన మూడు నియమములు (laws) నిర్వచింపబడినవి. ఈ నియమములు ఇంజనీరింగు శాస్త్రములోని వివిధ శాఖలలోను, రాసాయనిక భౌతిక శాస్త్రములలోను విరివిగా వాడబడుచున్నవి. ఉష్ణగతి శాస్త్రము, పరిస్థితుల (situations) నిశ్చలత (equilibrium) ను గురించియే తెలుపునుగాని, అనిశ్చలత నుండి నిశ్చలతకు పరిస్థితులు మారుచున్నపుడు, అట్టిమార్పు ఎంతవేగము (rate) తో తీసికొనిరాబడునో తెలియదు. ఉష్ణగతి శాస్త్రములో ఉపయోగింపబడు కొన్ని ముఖ్య పదముల నిర్వచనములు (definitions) క్రింద ఈయబడినవి.

వ్యవస్థ(System), దాని పరిసరములు (Surroundings): పదార్థ భూయిష్ఠమైన విశ్వములో (material universe) ఏ నిర్దుష్టమైన భాగము (specific part) ను గూర్చి తెలిసి కొనవలెనని అనుకొందుమో అట్టిదానిని ఉష్ణగతి శాస్త్రములో 'వ్యవస్థ' (system) అని వ్యవహరింతురు. వ్యవస్థకు అతి సన్నిహితముగా నున్న చుట్టుప్రక్కలను దాని 'పరిసరములు' (surroundings) అని పిలుతురు. ఒక వ్యవస్థకును దాని పరిసరములకును మధ్య నొక హద్దు (boundary) ఉండును. వ్యవస్థలలో రెండు రకములు కలవు. మొదటిది ‘మూయబడినవ్యవస్థ' (closed system); రెండవది 'తెరువబడిన వ్యవస్థ' (open system). ఉదాహరణకు, ఏదేని యొక పదార్థముయొక్క స్థితి (state) మారుచున్నప్పుడు, వ్యవస్థలోని పదార్థము హద్దును దాటి పరిసరములలోనికి పోనిచో, అట్టి వ్యవస్థను 'మూయబడిన వ్యవస్థ' అని అందురు. అట్లుకాక పదార్థము వ్యవస్థనుండి పరిసరములకు లేదా పరిసరములనుండి వ్యవస్థకు పోయినచో ఆ వ్యవస్థను 'తెరువబడిన వ్యవస్థ' అని అందురు.

స్థితి (State), స్థితి చరాంకములు (State Functions): ఏదేని వ్యవస్థను గూర్చి నిర్దుష్టముగా తెలుపవలెనన్న, ఆ వ్యవస్థ ఏ స్థితి (state)లో నున్నదో చెప్పవలసి యుండును. ఒక వ్యవస్థలోని వివిధ భాగములు ఒకే స్థితిలో నుండక, అనేక స్థితులలో నుండవచ్చును. అట్టి సమయములలో వివిధ స్థితుల సరాసరిని (statistical average) వ్యవస్థ యొక్క స్థితి అని అందురు. ఉదాహరణకు 10 ఘనపు టడుగుల ప్రాణవాయువు (oxygen ) యొక్క స్థితిని పూర్తిగా నిర్వచింపవలెనన్న, దాని ఉష్ణోగ్రతను, పీడనమును తెలుపవలెను. ఇట్లు నిర్వచింపబడిన ప్రాణవాయువు స్థితి ఆ వాయువు అణువుల వివిధస్థితుల సరాసరి (statistical average) అగును. ఒక వ్యవస్థయొక్క స్థితిని సంపూర్ణముగా నిర్వచించుటకు ఉపయోగపడు చరాంకములను (variables) స్థితిచరాంకములు (State functions) అని అందురు. దీనిని ఒక్కొక్కపుడు 'లక్షణములు' (properties) అనికూడ అందురు. నిశ్చలత (equilibrium) లో నున్న వ్యవస్థను నిర్వచించుటకు కావలసిన కనీసపు (minimum) లక్షణముల సంఖ్యను 'స్వేచ్ఛాంశము' (degrees of freedom) అని అందురు.

ప్రక్రియ (process) : ఒక వ్యవస్థలో జరుగుచున్న స్థితి మార్పును ప్రక్రియ (process) అని అందురు. ఇది పదార్థముల స్థితిలో భౌతికమార్పు కావచ్చును; లేదా రాసాయనిక ప్రక్రియ కావచ్చును. ఒక ప్రక్రియయొక్క వేగము ఈ క్రింది సూత్రమువలన తెలిసికొననగును.

ప్రక్రియయొక్క వేగము = ప్రక్రియను నడుపుశక్తి (Driving force) ఆశక్తిని ప్రతిఘటించు నిరోధకము (resistance).

వేగము శూన్యమైనపుడు ప్రక్రియ నిశ్చలత (equilibrium) లో నున్నదని చెప్పవచ్చును. అప్పుడు ప్రక్రియను నడుపుశక్తి (driving force) కూడ శూన్యమగును. ప్రక్రియలలో రెండు ముఖ్యవిభాగములుకలవు. 1. పరివర్తనీయప్రక్రియ (reversible process), 2. అపరివర్తనీయప్రక్రియ (Irreversible process.) ఉదాహరణకు విభిన్న ఉష్ణోగ్రతలవద్ద నున్న వస్తువులు A, B లను తీసికొందము. A ఉష్ణోగ్రత B ఉష్ణోగ్రత కంటె ఎక్కువ అని అనుకొందము. A, B లు ఒకదానినొకటి తాకుచున్నట్లయిన ఉష్ణత A నుండి B వైపునకు ప్రసరించును. ఉష్ణత B నుండి A వైపునకు ప్రసరించునట్లుచేయుట దుర్లభము - అనగా, ఈ ప్రక్రియలో ఉష్ణత A నుండి B వైపునకు మాత్రమే ప్రసరించునుగాని, వ్యతిరేకదిశలో B నుండి A వైపునకు ప్రసరించదు. ఇట్లు దిశను మార్చుటకు వీలు కానటువంటి ప్రక్రియల నన్నిటిని అపరివర్తనీయ ప్రక్రియలు (irreversille processes) అని అందురు. వ్యతిరేక దిశలో ప్రక్రియ కొనసాగునట్లు చేయగలిగినచో, అట్టి ప్రక్రియలను పరివర్తనీయ ప్రక్రియలు (reversible processes) అని అందురు. ఈ రెండు ప్రక్రియలకు నడుమ గల ముఖ్యభేదమేమన, పరివర్తనీయ ప్రక్రియలో నడుపు శక్తి (driving force) సూక్ష్మాతి సూక్ష్మముగా (infinitesimally small) నుండవలెను. అప్పుడే ప్రక్రియను వ్యతిరేక దిశలో నడపి పరివర్తనీయముగా చేయ వీలగును. అపరివర్తనీయ ప్రక్రియలో నడుపుశక్తి హెచ్చుగానుండి ఆశక్తియొక్క దిశలోనే ప్రక్రియ గూడ జరుగుచుండును.

ఏదేని ఒక ప్రక్రియలో ఒక వ్యవస్థ, దాని పరిసరముల మధ్య ఉష్ణము ప్రసరించనిచో, అట్టి ప్రక్రియను అతాపక క్రియ (Adiabatic process) అని అందురు. ఈ ప్రక్రియలో వ్యవస్థ. దాని పరిసరముల ఉష్ణోగ్రతలు విభేదముగా నుండును. అట్లుగాక, వ్యవస్థ, దాని పరిసరముల మధ్య ఉష్ణప్రసరణము జరిగి, అవి రెండును ఒకే ఉష్ణోగ్రతకు తేబడిన, ఆ ప్రక్రియను సమతాపక్రియ (Isotherwal process) అని అందురు. ఏదేని ఒక ప్రక్రియలో పీడనము మారక స్థిరముగా నున్నచో, అట్టి ప్రక్రియను సమపీడన ప్రక్రియ (Isobaric process) అని అందురు.

తాపప్రభవస్థానము (Head Reservoir) : ఉష్ణ (ఘర్మ) యంత్రములు పనిచేయుటకు కావలసిన ఉష్ణతాశక్తిని తాపప్రభవస్థానము లేక ఉష్ణరిజర్వాయరు (Heat Reservior)నుండి మనము పొందవచ్చును. అందుచే ఉష్ణ (ఘర్మ) యంత్రముల నిర్మాణములో తాపప్రభవస్థానము ముఖ్య విభాగమైయున్నది. ప్రయోగాత్మకము (practical)గానే గాక ఉష్ణగతిశాస్త్రములో సిద్ధాంతీకరణకు (Theoretical treatment) కూడా తాపప్రభవస్థానము అతి ముఖ్యమైనది. సిద్ధాంతీకరణ కొరకు ఇది ఒక అనంతమైన ఘనపరిమాణము (infinite capacity) కల ఆదర్శ యంత్రం సామగ్రి (ideal piece of equipment) గా భావింప బడుచున్నది. దీని ఘనపరిమాణము అనంతమని భావింప బడుటచే, దానికి కొంత ఉష్ణమును చేర్చుటవలన గాని, దాని నుండి కొంత ఉష్ణమును తీసివేయుట వలన గాని, దాని ఉష్ణోగ్రత మారదనియే తలచవచ్చును. ఇట్టి ఆదర్శ తాపప్రభవస్థానమునకు ఉదాహరణములు ప్రకృతిలో గల సముద్రము, వాతావరణము (atmosphere) అని చెప్పవచ్చును.

ఉష్ణగతిశాస్త్రనియమములు : (Laws of thermo-dynamics)

మొదటి నియమము (1st law of Thermodynamics): మొదటి నియమము, శక్తి నిత్యత్వనియమము (Law of Conservation of energy) ఈ రెండును ఒక్క టే. శ క్తి (energy) అనునది యంత్రశక్తి (mechanical energy), అంతర్గత యంత్రశక్తి (internal mechanical energy), రాసాయనిక శక్తి (chemical energy), అణుశక్తి (nuclear energy), విద్యుచ్ఛక్తి (electric energy), ఆయస్కాంత శక్తి (magnetic energy) మొదలుగా గల అనేక రూపములలో కనిపించును. “ఒకరూపములో నున్నశక్తిని మరియొక రూపములోనికి మార్చవచ్చును. అంతేకాని శక్తిని సృష్టింపలేము; నాశనము చేయలేము.” ఇదియే శ క్తి నిత్యత్వనియమము (Law of Conservation of energy). దీనిని బట్టి ఉష్ణగతిశాస్త్రపు మొదటి నియమమును క్రింది విధముగా నిర్వచింపవచ్చును :

"యంత్రశక్తి ఉష్ణశక్తిగా మారినపుడు, లేదా ఉష్ణశక్తి యంత్రశక్తిగా మారినపుడు వాటి నిష్పత్తి ఒక స్థిరాంకమై యుండును.” ఉష్ణశక్తిని యంత్రశక్తిగా మార్చి మనము ఒక 'పని'ని చేయవచ్చును. అనగా, ఉష్ణశక్తి, పని అనునవి రెండును శక్తియొక్క రెండు విభిన్నరూపములు. ఈ శక్తులు ఒక వ్యవస్థకు బహిర్గతముగా పనిచేయును. ఇవిగాక వ్యవస్థలో అంతర్గతముగా శక్తి నిలువచేయబడి యుండును. అట్టి శక్తిని అంతర్గతశక్తి (internal energy) అని అందురు. ఏదేని ఒక వ్యవస్థ గ్రహించిన ఉష్ణశక్తిలో కొంతభాగము 'పని'గా మార్చబడి, మిగిలినది వ్యవస్థయొక్క అంతర్గత శక్తిని పెంపొందించుటకు ఉపయోగింపబడును. అనగా ఒక ప్రక్రియలో అంతర్గతశక్తి పెరుగుదల (increase in internal energy) △U, పరిగ్రహింపబడిన ఉష్ణతా శక్తి △Q కును, వ్యవస్థచే చేయబడిన 'పని' △W కును గల భేదమునకు సమానము.

               △U=△Q-△W
               ______________
        లేదా △Q = △U+△W

ఇదియే ఉష్ణగతి శాస్త్రపు మొదటి నియమము.

రెండవ నియమము (Second law of Thermodynamics) : A, B అను రెండు వస్తువులలో ఒకదాని నుండి మరియొకదానికి ఉష్ణము ప్రవహించుచున్న దను కొందము. ఒక వస్తువు కోల్పోయిన ఉష్ణతాశక్తి, రెండవ వస్తువుపొందిన ఉష్ణతాశక్తికి సమానమని ఉష్ణగతిశాస్త్రపు మొదటి నియమమువలన తెలియుచున్నది. అయితే, ఉష్ణశక్తి A నుండి B కు ప్రవహించుచున్నదా లేక B నుండి A కు ప్రవహించుచున్నదా ? అను విషయము మొదటి నియమమువలన తెలియదు. ఉష్ణగతిశాస్త్రపు రెండవ నియమము ఈ విషయము మనకు తెలియ జేయును. అనగా ఉష్ణశక్తి ప్రసరించు దిశను తెలియజేయును. రెండవ నియమమును క్రిందివిధముగా నిర్వచింపవచ్చును. "ఒక సంపూర్ణ ఆవర్తము (cycle) లో పనిచేయుచు ఒకేఒక వస్తువునుండి ఉష్ణమును గ్రహించి, దానినంతను పూర్తిగా 'పని' గా మార్చునట్టి ఉష్ణయంత్రమును నిర్మించుట అసాధ్యము." యంత్రశక్తిని సంపూర్ణముగా ఉష్ణశక్తిగా మార్చవచ్చును గాని, ఉష్ణశక్తినంతను నూటికి నూరుపాళ్లు యంత్రశక్తిగా మార్చుట సాధ్యముకాదు. ఉష్ణశక్తిలో కొంత భాగమును మాత్రమే యంత్రశక్తిగా మార్చవచ్చును.

ఎంట్రాపీ (Entropy) : రెండవ నియమమును పరిమాణాత్మకముగా (Quantitatively) పరిశీలింప వలెనన్న, వస్తువుయొక్క స్థితినితెల్పు ఒక క్రొత్త లక్షణమును నిర్వచింపవలసి యున్నది. దానిని పదార్థము యొక్క ఎంట్రాపీ SA (Entropy) అని యందురు. క్లాషియస్ (Clausius) అను శాస్త్రజ్ఞుడు దానిని మొట్ట మొదట నిర్వచించెను. ఒక పదార్థము యొక్క ఎంట్రాపీ SA క్రింది సమీకరణముచే ఈయబడును.

SA=S 93

ఇక్కడ sQ పదార్థముచే T⁰ కెల్విన్ వద్ద గ్రహింప బడిన ఉష్ణతయొక్క పరిమాణము, పీడనము, ఉష్ణోగ్రత, ఘనపరిమాణము, అంతర్గతశక్తి మొదలగునవి వస్తువు యొక్క స్థితిని తెలుపునట్లే, ఎంట్రాపీకూడా వస్తువు స్థితిని నిర్వచించును. ఎంట్రాపీ అనగా ఏమియో ఊహించి అర్థము చేసికొనవలెనే కాని దానికి భౌతికరూపము లేదు. ఉష్ణోగ్రత, పీడనములవలె స్పర్శజ్ఞానముచే తెలిసికొన లేము. ఒక వ్యవస్థలోని అణువుల అక్రమత (disorder) కు ఎంట్రాపీ కాలమానమువంటిది. ఎంట్రాపీ ఎక్కువైన దనిన, అణువుల అక్రమతకూడా ఎక్కువైనదని అర్థము. పైన పేర్కొనబడిన సమీకరణమువలన ఎంట్రాపి ఎక్కువగుటకు ఉష్ణతాశక్తిని ఎక్కువచేయవలెనని తేలుచున్నది. ఉష్ణతాశక్తిని ఎక్కువచేసిన, పదార్థములోని అణువులు క్రమపద్ధతిలో నుండక అటు నిటు ఇష్టము వచ్చినట్లు తిరుగుచుండును.

మూడవ నియమము (Third Law of Thermodynamics) : ఈ నియమము 'నెర్ట్న్స్ ఉష్ణసిద్ధాంతము' (Nernst Heat Theorem) నుండి అనుమేయింప (deduced) బడినది. మూడవ నియమమును క్రింది విధముగా నిర్వచింపవచ్చును. "ప్రతి పదార్థమును ఒక నిర్దుష్టమైన ఎంట్రాపీని కలిగియుండును. ఇది ధన గుర్తును (positive sign) కలిగియుండి, స్వచ్ఛమైన స్ఫటికములలో 0° కెల్విన్ ఉష్ణోగ్రత వద్ద శూన్యమగును." ఈ నియమమును 1912 సం. లో ప్లాంక్ (planck) అను శాస్త్రజ్ఞుడు మొట్టమొదట నిర్వచించెను.

మాక్స్‌వెల్ సమీకరణములు (Maxwell relations):

ఒక వ్యవస్థ యొక్క స్థితిని సంపూర్ణముగా నిర్వచింప వలెనన్న నాలుగు ముఖ్యలక్షణములను నిర్దేశింపవలసి యున్నవి. అవి పీడనము P, ఉష్ణోగ్రత T, ఘనపరిమాణము V, ఎంట్రాపి S. వీటిలో ఏ రెంటినైనను తీసికొని వాటికిగల పరస్పర సంబంధమును ఒక కరణముచే వ్రాయవచ్చును. ఇట్లు వ్రాయగల్గు ఆరు సమీకరణములలో నాలుగు అతి ముఖ్యమైనవి; ఎక్కువ ఉపయోగకరమైనవి. వీటిని "మాక్స్‌వెల్ సమీకరణములు" అని వ్యవహరింతురు. అవి ఏవియన.

(89) T- (ST) = (SP) T=-(ST) P

ఈ సమీకరణముల నుపయోగించి ఒక గ్రూపు (group)కు సంబంధించిన చరాంకములను (Variables) మరియొక గ్రూపులోని చరాంకములకు మార్చవచ్చును. ప్రక్రియలు జరుగు పద్ధతులను తెలిసికొనుటలోనేగాక, శాస్త్రపరిశోధనలకు యీ సమీకరణములు ఎక్కువ ఉపయోగపడుచున్నవి.

ఇక ఉష్ణయంత్రములు పనిచేయు విధానమునుగూర్చి తెలిసికొందము. అవి పనిచేయు పద్దతినిబట్టి ఉష్ణయంత్రములను క్రింద పేర్కొనబడిన విభాగములుగా విభజింప వచ్చును.

1. ఆవిరియంత్రములు (Steam engines).

2. అంతర్జ్వలన యంత్రములు (Internal combustion engines.)

(అ) ఆటోయంత్రములు (otto cycle engines)

(ఆ) డిసెల్ యంత్రములు (Diesel cycle engines.)

3. ఆవిరి లేక వాయు టర్బైనులు (Steam or gas turbines).

4. జట్ యంత్రములు (Jet engines).

చిత్రము - 148

పటము - 1

ఆవిరియంత్రపు ముఖ్యభాగములు

ఆవిరియంత్రములు : ఉష్ణయంత్రనిర్మాణములో మొట్ట మొదటి మానవ ప్రయత్నమును గురించి హీరో ఆఫ్ అలెగ్జాండరుచే (300. B. C - 400 A. D. మధ్యకాలములో) వ్రాయబడెను. ఆతడు నిర్మించిన యంత్రము కేవలము ఆటబొమ్మగా మాత్రమే నిలిచిపోయెను. ఒక మూయబడిన పేటికలో గాలి వేడిచేయ బడి ఒక గొట్టము ద్వారా క్రిందనున్న పాత్రలోని నీటిలోనికి పంపబడును. గాలియొక్క ఒత్తిడిచేనీరు ఒక ఫౌంటెన్ (fountain) రూపములో పైకి చిమ్మును. గాలికి బదులు ఆవిరిని ఉపయోగించి ఈ యంత్రమును 1606 వ వంవత్సరములో మార్క్వెస్ డెల్లాపోర్టా (marquess dellaporta) నిర్మించెను. 1698 వ సంవత్సరములో థామస్ సేవరీ (Thomas Savery) అను నాతడు నీటిని పైకి త్రోడు యంత్రమును (water-pumping-machine) ఒక దానిని నిర్మించెను. తరువాత పేర్కొనదగిన యంత్రము

చిత్రము - 149

పటము - 2

జేమ్సువాట్

న్యూకామెన్ (Newcomen) అనువానిచే నిర్మింపబడిన వాతావరణ యంత్రము (atmospheric engine). ఈ

యంత్రము నూతులనుండియు, గనుల నుండియు నీటిని త్రోడుటకు 50 ఏండ్లకు పైగా వాడుకలో నుండెను. పిస్టన్ (piston) వాడబడిన మొట్టమొదటి యంత్రము ఇదియే. దీనిని ఆధారముగా చేసికొని జేమ్స్ వాట్ (James Watt) 1765 వ సంవత్సరములో ఆవిరి యంత్రము నొక దానిని నిర్మించెను.

అధునాతనమైన ఆవిరియంత్రపు ముఖ్యభాగములు 1 వ పటములో చూపబడినది. S అను ఆవిరి పేటిక (steam chest) లో తయారైన నీటి ఆవిరి జారెడి వాల్వ్ V (slide valve) గుండా స్తూపము C లోనికి పంపబడును. పిస్టను P, స్తూపము C లో ఒరిపిడి (friction) లేకుండా పైకిని, క్రిందికిని కదలును. పిస్టను కడ్డీ K, మరియొక కడ్డీ L ద్వారా యంత్రముయొక్క క్రింది భాగమునకు కలుపబడినది. క్రిందిభాగములో క్రాంక్ H (crank), షాఫ్ట్ (shaft) G, ఫ్లైవీల్ (fly wheel) F, ఎక్సెంట్రిక్ (eccentric) E అనునవి వున్నవి. ఈ భాగములు విడిగా 3 వ పటములో చూపబడినవి. పిస్టను క్రిందికిని, పైకిని కదలినపుడు L అను కడ్డీ క్రాంకును ముందునకు నెట్టును. క్రాంకు, షాఫ్ట్ G ని గుండ్రముగా తిరుగునట్లు చేయును. ఎక్సెంట్రిక్ E అనునది షాఫ్ట్ పై ఎక్సెంట్రిక్ గా అమర్చబడిన గుండ్రని రేకు (disc). ఇది జారెడి వాల్వు V తెరచుకొను నట్లును, మూసికొనునట్లును చేయును. దీని

చిత్రము - 150

పటము - 3

క్రాంక్ - ఎక్సెంట్రిక్ ఫ్లైవ్వీలు

సహాయమున పిస్టను క్రిందకును పైకిని ఆడినపుడు షాఫ్ట్ గుండ్రముగా తిరుగును.

ఆవిరి యంత్రము పనిచేయు విధానము 4 వ పటము నుండి గ్రహింపవచ్చును. గొట్టము A ద్వారా ఎక్కువ ఒత్తిడిగల ఆవిరి పేటిక S లోనికి వచ్చును. ఈ ఆవిరి, ద్వారము B గుండా స్థూపములోనికి ప్రవేశించి పిస్టను Pని ముందునకు అనగా ఎడమవైపునకు నెట్టును. పిస్టను దానిముందున్న తక్కువ ఒత్తిడిగల ఆవిరిని ద్వారము E గుండా ఎఘ్జాస్టు (exhaust) D కి పంపివేయును. పిస్టను ముందునకు పోవునపుడు జారెడు వాల్వు V కుడివైపునకు కదలి, ద్వారము B ని మూసివేయును. పిస్టను ముందునకు పోయినపుడు స్తూపములోని ఆవిరి అతాపక వ్యాకోచము (adiabatic expansion) చెందును. అతాపక వ్యాకోచమువలన స్తూపములోని ఆవిరియొక్క ఉష్ణోగ్రతయు ఒత్తిడియు బాగుగా తగ్గిపోవును. అందుచే ఎడమవైపు ద్వారము E గుండా ఎక్కువ ఒత్తిడిగల ఆవిరి స్థూపములోనికి ప్రవేశించి, పిస్టను కుడివైపునకు కదలునట్లు చేయును. ఇట్లు వెనుకకు కదలుటలో (back- ward stroke) పిస్టను దాని ముందున్న తక్కువ ఒత్తిడి గల ఆవిరిని B ద్వారా ఎఘ్జాస్టు (exhaust) D కి పోవునట్లు చేయును. ఈ లోగా జారెడి వాల్వు ముందునకు జరిగి E ని మూసివేయును. మరల ఆవిరి ఎక్కువ ఒత్తిడితో B ద్వారా స్తూపములోనికి ప్రవేశించును. ఇట్లు పిస్టను నిర్విరామముగా ముందునకు వెనుకకు కదలినపుడు

చిత్రము - 151

పటము - 4

ఆవిరియంత్రము పనిచేయు మూలసూత్రము

షాఫ్ట్ G కి తగిలించబడిన చక్రములు గుండ్రముగా తిరుగుచు యంత్రము ముందునకు పోవునట్లు చేయును.

జేమ్స్ వాట్ తరువాత, ఆవిరి యంత్రములో అనేక ముఖ్యమైన మార్పులు చేయబడినవి. ఇనుప పట్టాలమీద రైలు పెట్టెలను నడుపుటకు ఉపయోగించు ఆవిరి యంత్రమును రిచర్డ్ ట్రెవిథిక్ (Richard Trevithick) అను నాతడు మొట్టమొదట నిర్మించెను. 1829 వ సం.లో జార్జి స్టీవెన్సన్ (George Stevenson). ఆతని కుమారుడు రాబర్ట్ స్టీవెన్సన్ (Robert Stevenson) లు మొదటి రైలును లివర్ పూలు, మాన్ చెస్టరులమధ్య నడపిరి. రాబర్టు ఫౌల్టన్ (Pobert Foulton) అనునాతడు 1812 వ సంవత్సరములో మొదటిసారిగా ఆవిరి యంత్రమును ఓడలు నడపుటకు ఉపయోగించెను.

ఉష్ణయంత్రముల సామర్థ్యము (Efficiency of Heat engines) : ఉష్ణయంత్రము, ఉష్ణశక్తిని యంత్రశక్తిగా మార్చునట్టి సాధనము. అందుచే ఉష్ణయంత్రముల సామర్థ్యమును (efficiency) ఉష్ణగతిశాస్త్రపు మొదటి నియమము ననుసరించి క్రింది సమీకరణముచే కనుగొన వచ్చును.

ఌ = w

ఇచ్చట,

ఌ - ఉష్ణయంత్రపు సామర్థ్యము.

w - యంత్రముచే చేయబడిన పని,

J - శక్త్యుష్ణతా తుల్యాంకము (Mechanical equivalent of heat).

Q - ఉష్ణతాశక్తి,

సాధారణముగా వాడుకలోని ఉష్ణయంత్రములు వాటి కీయబడిన ఉష్ణశక్తి నంతను నూటికి నూరుపాళ్ళు పూర్తిగా యంత్రశక్తిగా మార్చలేవు. వాటి సామర్థ్యము నూటికి 5 నుండి 55 వంతుల వరకు మాత్రమే ఉండును. యంత్రముల సామర్థ్యము ఇంత తక్కువగా నుండుట వాటి నిర్మాణ లోపమువలన కాదు. ఆదర్శప్రాయముగా ఊహింపబడిన యంత్రముల సామర్థ్యము కూడా నూటికి నూరుపాళ్ళు ఉండదని సాడీ కార్నో (Sadi Carnot) అను ఫ్రెంచి శాస్త్రజ్ఞుడు 19వ శతాబ్ది మొదటి భాగములో నిరూపించెను.

సూచిక పటము (Indicator diagram): ఉష్ణ యంత్రము పనిచేయు విధానమును తెలిసికొనుటకు

చిత్రము - 152

పటము - 5

కార్నో

సూచిక పటము (ప.6) చాల సహాయపడును. ఒక పాత్రలో కొంత ఉష్ణోగ్రత, పీడనముల వద్ద కొంత ఘనపరిమాణము గల వాయువును తీసికొందము. ఆ వాయువు యొక్క స్థితి, దాని పీడనము ఘనపరిమాణములచే నిర్దుష్టముగా నిర్ణయింపబడుచున్నది. X-అక్షములపై ఘనపరిమాణమును, Y-అక్షముపై వాయుపీడనమును తీసికొని ఒక రేఖాపటము (graph) ను గీచినచో, వాయువు యొక్కస్థితిని A అను బిందువుచే సూచించవచ్చును. (6 వ పటమును చూడుడు.) వాయుపీడనము, ఘన పరిమాణము మారినచో, వాయువుయొక్క రెండవస్థితిని B అను బిందువుచే సూచింపవచ్చును. వాయువుస్థితి A నుండి B కి మారుచున్న కాలములో, దానిస్థితి AB అను రేఖపైనున్నబిందువులు తెలియజేయును. అనగా వాయువుయొక్క స్థితిలో కలిగిన ఈ మార్పుపటములో AB అను రేఖ సూచించును. ఇట్లు పీడనము - ఘనపరిమాణముల మధ్య గీయబడిన పటమును సూచికపటము (Indicator diagram) అని అందురు. పటములో AB ba యొక్క వైశాల్యము యంత్రముచే చేయబడిన “పని”ని తెలియ జేయును. అందుచే యంత్రములు చేయగలిగిన “పని”ని లెక్కకట్టుటకు (calculate) ఈ పటము ఎంతయో ఉపయోగకరము.

కార్నోయంత్రము : సాధారణముగా ఉష్ణ యంత్రముల నిర్మాణములో నాలుగు ముఖ్యభాగములు ఉండవలెను. అవి ఏవనిన :

చిత్రము - 153

పటము - 6

సూచిక పటము

(1) అధికోష్ణమునిచ్చు వస్తువు (hot body) లేక తాపప్రభవస్థానమున (source of heat). (2) అల్పోష్ణము వద్దనున్న వస్తువు (cold body) లేక తాపమును గ్రహించు స్థానము (Sink), (3) 'పని' చేయు పదార్థము (working substance), (4) యంత్రసామగ్రి (machinery).

వేడి చేయుటవలన వ్యాకోచించు ఏపదార్థమునైనను ఉష్ణ యంత్రములను నడపుటకు "పని" చేయు పదార్థముగా ఉపయోగింపవచ్చును. నీటిఆవిరి, వేడిగాలి (hot - air) మొదలగునవి 'పని' చేయు పదార్థములకు ఉదాహరణములు. ఇటీవల పాదరసముకూడ 'పని' చేయు పదార్థముగా ఉపయోగింపబడినది. తాపమును గ్రహించు స్థానముయొక్క ఉష్ణోగ్రత, తాప ప్రభవస్థానముయొక్క ఉష్ణోగ్రతకంటె తక్కువగానుండుట చాల ముఖ్యము. అట్లు లేకపోయినచో యంత్రము పనిచేయదు.

యంత్రము తాపప్రభవస్థానమునుండి కొంత ఉష్ణమును గ్రహించి దానిలో కొంతభాగమును 'పని' గా మార్చి (లేక పనిచేయుటకు వినియోగించి) మిగిలినదానిని తాపమును గ్రహించు స్థానమునకు ఇచ్చివేయును. ఈ ప్రక్రియలను (operations) ఏవిధముగా కొనసాగించినచో యంత్రము గరిష్ఠసామర్థ్యము కలిగియుండునో సాడీకార్నో ఋజువుచేసెను. కార్నోయంత్రము అతని భావనాప్రపంచములోని ఒక ఆదర్శయంత్రము (ideal engine) మాత్రమే.

F అనునది (7 వ పటము) T డిగ్రీల ఉష్ణోగ్రత వద్ద నున్న తాపప్రభవస్థానము. G., T' డిగ్రీల ఉష్ణోగ్రత

చిత్రము - 154

పటము - 7

ఆదర్శ కార్నోయంత్రము దానిసూచిక పటము

వద్దనున్న తాపమును గ్రహించు స్థానము. S యంత్రము యొక్క స్థూపము. దీనియందు ఉష్ణనిరోధకమగు పిస్టను అమర్చబడి యుండును. ఇందు 'పని' చేయు పదార్థము ఉంచబడును. కార్నోయంత్రము నందు 'పని' చేయు పదార్థముగా ఆవిరికి బదులు ఒక ఆదర్శవాయువు (Perfect gas) ఉపయోగించబడును. ఈ యంత్రమునందు 'పని' చేయు వాయువు నాలుగు ప్రక్రియలకు (operations) లోనగును (7వ పటము).

1. సమతాపవ్యాకోచము (Isothermal expansion).

2. అతాపకవ్యాకోచము (Adiabatic expansion)

3. సమతాప సంకోచము (Isothermal Compression)

4. అతాపక సంకోచము (Adiabatic Compression)

మొదటిప్రక్రియలో స్తూపము S, తాపప్రభవస్థానము F ను తాకునట్లు ఉంచబడును. పిస్టనును నెమ్మదిగా ముందుకు పోనిచ్చి, స్తూపములోని వాయువు ఉష్ణోగ్రత, మారకుండగా వ్యాకోచింపబడును. ఇట్లు వ్యాకోచించించుటలో వాయువు F నుండి కొంత ఉష్ణమును గ్రహించును. పటములో వాయువు స్థితి A నుండి B కి మారును. ఉష్ణోగ్రత మారక స్థిరముగా నున్నది కనుక ఇది సమతాప క్రియ యగును.

అతాపక వ్యాకోచము : ఈ రెండవక్రియలో F ను తీసివేసి, స్తూపకమునకు H అను ఉష్ణనిరోధకమగు కాప్ (cap) తగిలించబడును. పిస్టను ముందుకు కదలునట్లు చేయుటచే వాయువు వ్యాకోచించి B వద్ద నున్న స్థితి నుండి C కి పోవును. ఈ ప్రక్రియలో ఉష్ణోగ్రత T నుండి అంతకంటె తక్కువ ఉష్ణోగ్రత T' కు మారును. కనుక దీనిని అతాపకక్రియ అందురు. C వద్ద నున్న వాయువు వ్యాకోచకశక్తి (expansive power) ని కోల్పోవుటచే, దానికి 'పని' చేయగల సమర్థత ఉండదు. దానిని తిరిగి ప్రారంభస్థితికి తీసికొని వచ్చుటకు వాయువును రెండు దశలలో సంకోచింపచేయవలెను.

సమతాపసంకోచము : ఈ ప్రక్రియలో ఉష్ణగ్రాహకము (sink) G, T' డిగ్రీల ఉష్ణోగ్రత వద్ద స్తూపమునకు తగిలించ బడును. వాయువు సంకోచించునపుడు ఉత్పన్నమైన ఉష్ణము ఉష్ణగ్రాహకమునకు ఇచ్చివేయబడును.

అతాపక సంకోచము : స్తూపము H కి తగిలించబడి వాయువు అతాపకముగా సంకోచించబడుటచే, వాయువు ప్రారంభస్థితి A కి తీసికొని రాబడును.

ఈ నాలుగు ప్రక్రియలు కలిసిన, ఒక ఆవర్తము (cycle) పూర్తియగును గాన, దీనిని కార్నో ఆవర్తము (carnot cycle) అని యందురు.

అంతర్జ్వలన యంత్రములు (internal combustion engines) : పైన వివరించబడిన ఆవిరి యంత్రములలో తాప ప్రభవస్థానమును, యంత్రభాగమైన స్తూపమును విడివిడిగా నిర్మింపబడినవి. అట్లుకాక, ఉష్ణము స్తూపములోనే జనించునట్లు నిర్మింపబడిన యంత్రములు అంతర్జ్వలన యంత్రములని వ్యవహరింపబడు చున్నవి. ముఖ్యముగా కారులు, రైళ్లు, విమానములు, ఓడలు నడుపుటకు ఈ యంత్రములు ఉపయోగపడు చున్నవి. ఈ రకపు యంత్రములలో ' గేసొలీన్' (gasoline), చమురు (oil) లేక వాయువును ముఖ్య మైన ఇంధనములుగా వాడుచున్నారు. ఈ యంత్రనిర్మాణమునందు ఒకటిగాని, అంతకంటె ఎక్కువగాని స్తూపములు వివిధపద్ధతులలో అమర్చబడియుండును. యంత్రస్తూపములోని వాయువు వ్యాకోచ సంకోచములు చెందుటచే అందలి పిస్టను ముందు వెనుకలకు కదలును. కలిపెడుకడ్డీ (Connecting rod) క్రాంక్ షాఫ్ట్ (crank-shaft), ఫ్లైవీల్ (Fly-wheel) వీటి సహాయమున పిస్టనుయొక్క ముందువెనుకల కదలికను యంత్రముల చక్రములు గుండ్రముగా తిరుగునట్లు చేయుటకు ఉపయోగింతురు. ఈ విధముగా కారులు, రైళ్లు మొదలగునవి నడుపబడుచున్నవి.

1680 వ సం॥ లో హైగెన్స్ (Huygens) అను డచ్చి భౌతిక శాస్త్రవేత్త ఒక యంత్ర నిర్మాణమును ప్రతిపాదించెను. ఈ యంత్రములోని భాగములు రెండు: 1. నిటారైన ఒక స్తూపము (Vertical cylinder), 2. దానిలో కదిలెడి పిస్టను. తుపాకి మందును (Gun powder) స్తూపములో పేల్చుటవలన పిస్టనుపైకి నెట్టబడును. ప్రేలుడువలన స్తూపము వేడివాయువు (Hot gases) లలో నింపబడును. వాయువులు చల్లబడినపుడు పిస్టను గురుత్వాకర్షణ (gravity) వలన క్రిందకు జారును. మరల తుపాకి మందును మార్చి పిస్టనును పైకి పంపవచ్చును. ప్రతి పర్యాయము ఇంధనమును మార్చుట కష్టము. కాబట్టి హైగెన్సుచే ప్రతిపాదింపబడిన యీ యంత్రముయొక్క నిర్మాణము సాధ్యపడలేదు. మండెడి పెక్కు వాయువులు (Combustible gases), చమురులు, క్రొత్తవి కనిపెట్టబడుటతో అనేక సంవత్సరముల ప్రయోగానంతరము అంతర్జ్వలనయంత్రముల నిర్మాణము సాధింపబడినది. ఈ యంత్రముల నిర్మాణములోని తొలి ప్రయత్నములను ఇచ్చట వివరించుటకు సాధ్యపడదు.

అంతర్జ్వలన యంత్రములలో రెండు ముఖ్య విభాగములు కలవు.

1. ఆటో ఆవర్త యంత్రములు (otto-cycle engines): వీటియందు స్థిరఘనపరిమాణమువద్ద (Constant Volume) ఉష్ణము గ్రహించబడును.

2. డీసెల్ ఆవర్త యంత్రములు (Diesel cycle engines): వీటియందు స్థిరపీడనము (Constant Pressure) వద్ద ఉష్ణము గ్రహించబడును.

నేటి అంతర్జ్వలన యంత్రములలో నూటికి ఎనభై వంతులు ఆటో రకమునకు చెందినవే. ఆటో యంత్రము (Otto Engine) : ఈ యంత్రము 1876 సం.లో ఆటో (Otto) అను జర్మను ఇంజనీరుచే

చిత్రము - 155

పటము - 8

ఆటోయంత్రపు నాలుగు స్ట్రోకులు

మొట్టమొదట నిర్మింపబడెను. గాలి, పెట్రోలు ఆవిరి (Petrol Vapour) కలిసి స్తూపములో మండుటచే ఈ యంత్రము పనిచేయుచున్నది. ఈ యంత్రములోని స్తూపమునకు 3 వాల్వులు అమర్చబడి యుండును. మొదటిది వాయువును ప్రవేశపెట్టుటకును, రెండవది గాలిని ప్రవేశపెట్టుటకును, మూడవది స్తూపమును ఖాళీచేయుటకును (exhaust) ఉపయోగింపబడును.

ఆటో ఆవర్తమునందు నాలుగు ప్రక్రియలు (operations) కలవు. వీటిని స్ట్రోక్స్ (strokes) అని అందురు.

1. ఛార్జిచేయు స్ట్రోకు (Charging stroke) : ఈ ప్రక్రియయందు పిస్టను P ముందుకు పోవుటచే పెట్రోలు ఆవిరియు, గాలియొక్క మిశ్రమమును తగు పాళ్ళలో వాల్వులద్వారా స్తూపములోనికి ప్రవేశ పెట్టబడును. (పటము 8 (a))

2. సంకోచపు స్ట్రోకు (Compression stroke) : వాల్వులు మూయబడి పిస్టను వెనుకకు పోవుటచే పైన ప్రవేశ పెట్టబడిన మిశ్రమము అతాపకముగా (adiabatically) సంకోచింపబడును. ఈ కారణముచే మిశ్రమముయొక్క ఘనపరిమాణము ఆరంభములోని ఘనపరిమాణములో సుమారు 5 వ వంతు మాత్రమే ఉండును. మిశ్రమముయొక్క ఉష్ణోగ్రత 600°C వరకు పెరుగును. (పటము 8 (b)). సంకోచపు స్ట్రోకు అనంతరము మిశ్రమములో అనేక విస్ఫులింగములు (sparks) ప్రవేశ పెట్టబడును. దీనితో మిశ్రమముయొక్క ఉష్ణోగ్రత సుమారు 2000°C వరకు పెరిగి క్షణకాలము స్తూపములో వాయుపీడనము సుమారు 15 వాతావరణముల (atmospheres) వరకు పెరుగును.

3. పనిచేయు స్ట్రోకు (Working stroke) పటము 8(c) : స్తూపములో అధిక పీడనము ఉండుటచే పిస్టను అధిక బలముతో ముందునకు నెట్టబడును. స్తూపములోని వాయు మిశ్రమము అతాపకముగా (adiabatically) వ్యాకోచించి, ఆరంభ దశలోని ఘనపరిమాణమును పొందును. తత్కారణముగా వాయువుయొక్క ఉష్ణోగ్రత అధికముగా పడిపోవును.

4. ఖాళీచేయు స్ట్రోకు (Exhaust stroke) : మూడవ ప్రక్రియ అనంతరము స్తూపములోని వాయు మిశ్రమము 'పని' చేయు శక్తిని కోల్పోవును. అందుచే పిస్టను వెనుకకు పోవుటచే వాయు మిశ్రమము వాల్వులద్వారా బయటకు పంపబడును. (పటము 8 d). స్తూపము పూర్తిగా ఖాళీ అయినతరువాత మరల క్రొత్త వాయు మిశ్రమములోనికి పంపబడును.

ఆటో ఆవర్తముయొక్క సూచిక 7 వ పటములో చూపబడినది.

డీసెల్ యంత్రము (Diesel Engine) : డీసెల్ అను జర్మను ఇంజనీరు ఆటో యంత్ర సామర్థ్యమును ఎక్కువ

చిత్రము - 156

పటము - 9

ఆటో ఆవర్తపు సూచిక పటము

చేయవలెనను తలంపుతో ఒక కొత్తరకపు యంత్రమును కనిపెట్టెను. దానినే 'డీసెల్ యంత్రమ'ని పిలుచు చున్నారు. ఇందులో సంకోచపు ప్రక్రియ (Compression operation) పూర్తి యగునంతవరకు వాయువు గాని, పెట్రోలుగాని (అనగా ఏవిధమైన ఇంధనముగాని) ప్రవేశపెట్టబడదు. దీనివలన అతాపక సంకోచకనిష్పత్తి (adiabatic compression ratio) ఆటో యంత్రములోకంటె ఎక్కువై, అధిక సామర్థ్యము (efficiency) పొంద వీలగుచున్నది.

డీసెల్ యంత్రపు 5 ప్రక్రియలు 10 వ పటములో చూపబడినవి. డీసెల్ యంత్రములో గరిష్ఠ పీడనము 35 వాతావరణములు (atmospheres) వర కుండుటచే, ఇందలి స్తూపము గోడలు ఎక్కువ మందముగా నుండవలెను.

1. సక్షను స్ట్రోకు (Suction strock) : పటము 10 (a) గాలివాల్వు తెరువబడి, స్తూపములోనికి వాతా

చిత్రము - 157

పటము - 10

డీసెల్ యంత్రపు అయిదు స్ట్రోకులు

వరణ పీడనము (atmospheric pressure) వద్ద ప్రవేశించును.

2. సంకోచక స్ట్రోకు (Compression Stroke) : పటము 10-b, వాల్వులు అన్నియు మూయబడి, గాలి ఘనపరిమాణము, ఆరంభదశలో దాని ఘనపరిమాణములో 17 వ వంతువరకు తగ్గునట్లు గాలి సంకోచింప బడును. ఈ సంకోచముచే గాలి ఒత్తిడి 35 వాతావరణముల (atmospheres) వరకును, ఉష్ణోగ్రత 1000°C వరకును పెరుగును.

3. చమురును పంపించుట (injection of oil-పటము 10c) : డీసెల్ యంత్రములలో క్రూడ్ ఆయిల్ (crude oil) ను ఇంధనముగా వాడుదురు. వాల్వును తెరచి క్రూడ్ ఆయిల్‌ను సరియగు ఒత్తిడి వద్ద స్తూపములోనికి పంపుదురు. స్తూపములో ఉష్ణోగ్రత, చమురు మండుటకు వలసిన ఉష్ణోగ్రత కంటె అధిక మగుటచే, లోనికి ప్రవేశ పెట్టబడిన క్రూడ్ ఆయిల్ అతి శీఘ్రముగా మండిపోవును. గాలి ఒత్తిడి మారకుండునట్లు చమురు ఒక క్రమపద్ధతిలో లోనికి పంపబడును. క్రూడ్ ఆయిల్ దగ్ధమగుట (combustion) వలన ఉష్ణోగ్రత 2000°C వరకు పెరుగును. అప్పుడు చమురు సరఫరా (supply) నిలిపివేయబడును.

4. పనిచేయు స్ట్రోకు (Working Stroke) : వాల్వు లన్నియు మూయబడి, వాయు మిశ్రమము అతాపకముగా వ్యాకోచింపబడును (పటము 10 d).

5. ఖాళీచేయు స్ట్రోకు (Exhaust Stroke - పటము 10e) : పని చేయగల శక్తిని కోల్పోయిన వాయు మిశ్రమము ఈ ప్రక్రియ యందు బయటికి నెట్టివేయబడి, యంత్రము రెండవ ఆవర్తము (next cycle) నకు సిద్ధము చేయబడును.

డీసెల్ ఆవర్తము యొక్క సూచికాపటము 11 వ పటములో చూపబడినది.

చిత్రము - 158

పటము - 11

డీసెల్ ఆవర్తకపు సూచికాపటము

పైన వివరింపబడిన కార్నో, ఆటో, డీసెల్ యంత్రముల సామర్థ్యము ఌ ఈ క్రింది సమీకరణ సహాయమున లెక్క కట్టవచ్చును.

2-1-(;-)R-1 ఇక్కడ e- ( T) R-1 e = అతాపక వ్యాకోచక నిష్పత్తి (adiabatic expansion ratio). మరియు R=Cp

               ____
               Cv

Cp = స్థిరపీడనమువద్ద వాయువుయొక్క విశిష్టోష్ణము.

Cv= స్థిరఘనపరిమాణమువద్ద వాయువు యొక్క విశిష్టోష్ణము.

ఈ సూత్రము నుపయోగించి యంత్రసామర్థ్యమును గణించిన కార్నోయంత్రపు సామర్థ్యము 83 శాతమనియు ఆటోయంత్రపు సామర్థ్యము 44 శాతమనియు, డీసెల్ యంత్రపు సామర్థ్యము 63 శాతమనియు తేలును.

డీసెల్ ఇంజనుల సామర్థ్యము ఆటో ఇంజనుల సామర్థ్యముకంటె ఎక్కువ. డీసెల్ ఇంజనులలో ఆటో ఇంజనులోకంటె తక్కువ ఇంధనము ఖర్చగును. కాని డీసెల్ ఇంజనులో గరిష్ఠపీడనము 35 వాతావరణముల (atmospheres) వరకు వుండుటవలన, దాని స్థూపము యొక్క గోడలు ఎక్కువ మందముగా నుండవలెను. మొత్తముమీద డీసెల్ ఇంజనులు ఆటో ఇంజనులపై నిశ్చయమైన అభివృద్ధి అని చెప్పవచ్చును.

గడచిన ఏబది సంవత్సరములలో అంతర్జ్వలన యంత్రములు బాగుగా అభివృద్ధిచెంది ఆవిరి ఇంజనుల స్థానములో విరివిగా వాడబడుచున్నవి. సాధారణముగా ఆటో ఇంజను కార్లు విమానములలోను, డీసెల్ ఇంజను ఓడలు నడుపుటయందును ఉపయోగింప బడును. కాని ఇటీవల డీసెల్ ఇంజనులు, మోటారు ట్రక్కులను, బస్సులను, రైళ్ళను నడుపుటకుకూడ ఉపయోగించుచున్నారు.

ఆవిరి లేక వాయువు టర్బైనులు (Steam or Gas Turbines): ఇక గాలిమిల్లు (wind mill) రకపు యంత్రములను గూర్చి కొంచెము తెలిసికొందము. 'గాలి మిల్లు' అను పురాతన యంత్రముయొక్క మూల సూత్రమును ఆధారముగా చేసికొని వాయు టర్బైను (gas turbine) అను అధునాతన యంత్రము కనుగొనబడినది. ఎత్తైన ప్రదేశములో ఒక చక్రమును ఉంచినచో, చక్రము యొక్క ఆకులపై (vanes) గాలి ఒత్తిడివలన, చక్రము గాలి వీచినపుడు గిరగిర తిరుగును. ఈచక్రమును మిల్లునకు తగు విధముగా తగిలించుట వలన, చక్రము తిరిగినపుడు మిల్లు పనిచేయుచుండును. గాలి మిల్లును ఉష్ణ యంత్రముగాఎట్లు పరిగణింపవచ్చునను సందేహము మొట్టమొదట కలుగవచ్చును. కాని సూక్ష్మముగా ఆలోచించి చూచిన, గాలి వీచుటకు కారణము భూమి పై భాగములో వివిధప్రదేశములవద్ద ఉష్ణోగ్రతా భిన్నముగా నుండుటయే అని స్పష్టమగును. ఉష్ణోగ్రత విభేదకారణముగా గాలి ఒక చోటి నుండి మరియొక చోటికి వీచును. గాలి తాకిడికి చక్రము గుండ్రముగా తిరుగును. అనగా ఉష్ణశక్తి యాంత్రికశక్తిగా మారుచున్నదన్నమాట. అందుచే గాలి మిల్లు కూడా ఒకవిధమైన ఉష్ణయంత్రమనియే చెప్పవచ్చును. గాలిమీద ఆధారపడిన యంత్రము మనకు కావలసిన అన్ని వేళలయందును పనిచేయుట సంశయాత్మకము కావున, గాలికిబదులు వాయువును (gas) గాని, నీటి ఆవిరిని (steam) గాని ఉపయోగించి వాయుటర్బైనులు లేక నీటి ఆవిరి టర్బైనులు అను యంత్రములు నిర్మింపబడినవి. మొదటిలో నీటియావిరి (steam) ఎక్కువగా ఉపయోగింపబడినది కాని, అధునాతన యంత్రములలో నీటి ఆవిరికి బదులు అధికపీడనము వద్దనున్న వాయువులు వాడబడుచున్నవి.

చిత్రము - 159

పటము - 12

డీలావల్ టర్బైన్

మొట్టమొదటి ఆవిరి టర్బైనును 'డిలావల్' (Delaval) అనునాతడు నిర్మించెను. 'డీలావల్' టర్బైను 12 వ పటములో చూపబడినది. అధిక ఒత్తిడి వద్దనున్న నీటి ఆవిరి జెట్ (jet) రూపములో స్థిరముగా నున్న రంధ్రముల గుండా టర్బైను బ్లేడుల (Blades of turbine) పైకి చిమ్మును. ఆ జెట్‌యొక్క తాకిడికి టర్బైను బ్లేడులు గుండ్రముగా తిరుగ నారంభించును. ఆవిరి జెట్ బ్లేడుల పైబడి వేరొక దిశలో ఎగ్జాస్టు (exhaust) నకు పోవును. డీలావల్ టర్బైనును అధిక శ క్తిమంతముగా పనిచేయించుట క్షేమకరముకాదు. ఎందుచేత ననగా, ఎక్కువశక్తి కావలెనన్న, అత్యధికోష్ణతగల ఆవిరిని (superheated steam) వాడవలెను. దీనిని వాడిన, టర్బైను బ్లేడులు అత్యధిక వేగముతో తిరుగును. ఇది అపాయకరమగు పరిస్థితులకు దారితీయును. నిరపాయకరమగు పద్దతిలో ఇంతకంటె ఎక్కువ సామర్థ్యముగల టర్బైనులను నిర్మించినవారిలో పేర్కొన దగినవాడు కర్టిస్ (Curtis), తరువాత, పార్సన్స్ (Parsons).

ఆవిరి ఇంజనులతోను, అంతర్జ్వలన యంత్రములతోను పోల్చిచూచిన, వాయుటర్బైనులు అనేక లాభములు కలిగియున్నవి. టర్బైనులు చాల తక్కువ స్థలమును ఆక్రమించును. వాటి నిర్మాణమున కగు ఖర్చు చాల తక్కువ. ఇవి ఎక్కువ పనిచేయగల శక్తిని కల్గియుండుటచే, పెద్ద విద్యుచ్ఛక్తి స్టేషనులందును (electric power stations), పెద్ద ఓడలు నడుపుటకును వాయు టర్బైనులు ముఖ్యముగా వాడబడుచున్నవి.

జెట్ యంత్రములు (Jet Engines): రెండవప్రపంచ సంగ్రామ సమయములో ముఖ్యముగా విమానములను అధిక వేగముతో నడపుటకు శక్తిమంతములైన యంత్రములను కనుగొను ప్రయత్నములు విరివిగా జరుపబడినవి. ఆ యత్నముల ఫలితముగా జెట్ యంత్రము అను నొక క్రొత్తరకపు యంత్రము నిర్మింపబడినది.

ఒక తుపాకితో తూటా (bullet) ను ప్రేల్చినపుడు ఆ ప్రేలుడువలన కలిగిన అధిక ఒత్తిడిచే తూటా అధిక వేగముతో ముందునకు పోవును. అదే ఒత్తిడితో తుపాకి వెనుకకు నెట్టబడును. తూటా ముందునకు పోవుట చర్య (action) అనియు, తత్ఫలితముగా తుపాకి వెనుకకు నెట్టబడుట ప్రతిచర్య (reaction) అనియు అందురు. చర్య, ప్రతిచర్యల పరిమాణము సమానము. అవి రెండును వ్యతిరేక దిశలలో పనిచేయును. ఈమూల సూత్రముపై ఆధారపడి జెట్ ఇంజనులు పనిచేయు చున్నవి. గాలి -ఇంధనముల మిశ్రమము బాగుగా సంకోచించబడి (Compressed) మండింపబడును (ignited). వాయు మిశ్రమము మండుటతో దాని ఒత్తిడి అత్యధిక మగును. అధిక పీడనము వద్దనున్న వాయు మిశ్రమము యంత్రపు వెనుక భాగముననున్న గొట్టముగుండా జెట్ (Jet) రూపములో అత్యధిక వేగముతో బయటికిపోవును. తత్ఫలితముగా కలిగిన ప్రతిచర్య వలన, యంత్రము అధిక వేగముతో ముందునకు సాగిపోవును. ఈ మూల సూత్రమును ఆధారముగా చేసికొని నవయుగములో నిర్మింపబడిన జెట్ విమానములు శబ్దవేగము (Sound Velocity) కంటెను ఎక్కువ వేగముతో ప్రయాణము చేయగలుగుచున్నవి. ఇటీవల అంతరిక్షములోనికి పంపబడిన కల్పిత ఉపగ్రహములు (artificial satellites), స్పుట్నిక్కులు (Sputniks) మొదలైన వాటిని ప్రయోగించుటలో అనేక విధముల అభివృద్ధి పరుపబడిన జెట్ యంత్రములు ఉపయోగింప బడినవి.

టి. శే. రా.

చ

చంద్రగిరి :

చంద్రగిరి యను పట్టణము చిత్తూరు మండలములోని ఒక తాలూకాకు కేంద్రమై దివ్యతిరుపతి స్థలమునకు ఏడు మైళ్ళ దూరమున నున్నది. పూర్వకాలమున తిరుపతి తిరుక్కుడవూర్ నాడులోను, చంద్రగిరి వైకుంఠవలనాడు లోను చెల్లుబడి అగుచుండెను. 1860 లో చంద్రగిరి తాలూకా ఏర్పడినది. ఈ తాలూకా వైశాల్యము 785 చదరపు మైళ్ళు. ఈ ప్రదేశము సువర్ణముఖీ నదీజలములతో తడుపబడుచు సారవంతమై, సస్యశ్యామలమై యున్నది. ఇచ్చటి అడవులు దట్టమై, అమూల్యములై యున్నవి. భీమనది, కల్యాణనది అను రెండు ఉపనదులు చంద్రగిరి దగ్గర నున్న బాకర అను అగ్రహారము వద్ద ఏకమై ప్రవహించి, సువర్ణముఖీ నదిలో సంగమించుచున్నవి. తిరుమల మేరుపర్వతములో నొక భాగ మనియు ఆ పర్వతము