W którym urządzeniu następuje zamiana energii chemicznej na energię cieplną, a następnie na pracę mechaniczną?
A. W silniku elektrycznym.
B. W silniku spalinowym.
C. W turbinie.
D. W prądnicy.
Pytanie z egzaminu CKE, czerwiec 2018 (arkusz M.45-X-18.06).
W silniku spalinowym zachodzi dokładnie taki łańcuch przemian energii: energia chemiczna zawarta w paliwie zamienia się podczas spalania na energię cieplną, a ta przez wzrost ciśnienia gazów w cylindrze zostaje przekształcona w pracę mechaniczną tłoka, korbowodu i wału korbowego. To jest sama podstawa działania silnika motocyklowego, zarówno dwusuwowego, jak i czterosuwowego. Mieszanka paliwowo-powietrzna spala się w komorze spalania, gwałtownie rośnie temperatura i ciśnienie, a tłok zostaje odepchnięty w dół. Dalej mechanizm korbowo-tłokowy zamienia ruch posuwisto-zwrotny tłoka na ruch obrotowy wału. Moim zdaniem warto to dobrze zapamiętać, bo później łatwiej rozumie się tematy typu sprężanie, zapłon, skład mieszanki, straty cieplne czy sprawność silnika. W praktyce serwisowej ta wiedza pomaga np. przy diagnozowaniu słabej mocy, niskiego ciśnienia sprężania, złego zapłonu albo problemów z wtryskiem paliwa. Dobra praktyka branżowa mówi, żeby patrzeć na silnik jako cały układ: paliwo, powietrze, sprężanie, zapłon, wydech i chłodzenie muszą działać razem, inaczej energia paliwa nie zostanie skutecznie zamieniona na użyteczną pracę mechaniczną.
W tym pytaniu łatwo pomylić urządzenia, bo turbina, prądnica i silnik elektryczny też kojarzą się z energią i ruchem, ale nie wykonują tej samej przemiany co silnik spalinowy. Turbina zamienia energię przepływającego czynnika, na przykład pary, gazów spalinowych albo wody, na pracę mechaniczną wału. Sama turbina nie jest miejscem, gdzie typowo energia chemiczna paliwa najpierw przechodzi w ciepło przez spalanie w cylindrze. W motocyklu klasycznym głównym elementem robiącym taką robotę jest silnik spalinowy, a nie sama turbina. Prądnica działa jeszcze inaczej: zamienia pracę mechaniczną na energię elektryczną. W motocyklu podobną funkcję pełni alternator, który ładuje akumulator i zasila instalację, ale on potrzebuje już napędu z wału silnika. Nie wytwarza pracy mechanicznej ze spalania paliwa. Silnik elektryczny też bywa mylący, bo ma w nazwie silnik i daje moment obrotowy, jednak pobiera energię elektryczną i zamienia ją na pracę mechaniczną, bez spalania mieszanki paliwowo-powietrznej. Typowy błąd myślowy polega na tym, że ktoś patrzy tylko na efekt końcowy, czyli obracający się wał, a pomija źródło energii i drogę jej przemiany. Z mojego doświadczenia najlepiej zadawać sobie proste pytanie: skąd urządzenie bierze energię na początku procesu? Jeżeli z paliwa i spalania, mówimy o silniku spalinowym. Jeżeli z prądu, to o silniku elektrycznym. Jeżeli z ruchu wału robi prąd, to prądnica. Taka klasyfikacja bardzo pomaga w diagnostyce i w rozumieniu budowy pojazdów.