Jak już powiedziano, wrząca woda wytwarza znacznie więcej gazu. Aby stworzyć przydatny silnik do zastosowań, w których używane są silniki parowe, należy wytworzyć dużą presję, aby móc przenosić ciężkie rzeczy, np. pociąg, dla którego sama lokomotywa może mieć masę 10 Mg (megagramy, „ton”) lub więcej.
Jeśli spojrzymy na prawo gazu doskonałego, napisane dla podkreślenia ciśnienia, tj.
$$ P = \ frac {nRT} {V} $$
widzimy, że są trzy sposoby na zwiększenie nacisku: zwiększenie temperatura $ T $ , czyli właśnie to sugerujesz, de zmniejsz objętość $ V $ , czego nie możesz tutaj zrobić, ponieważ jest to komora o stałym rozmiarze, lub możesz zwiększyć liczbę $ n $ cząstek gazu (molekuł) (technicznie rzecz biorąc, jest to liczba całkowita w molach, a nie bezpośrednia liczba, w tym celu zamień $ nR $ na $ N k_B $ powyżej).
(Innym, hipotetycznym sposobem, jak widać, byłoby jakoś zmienić $ R $ ... ale to się nazywa„ magia ”i„ zmiana praw fizyki ” . Niestety nie mamy takiej mocy)
Woda w stanie ciekłym zawiera około 1000 razy więcej liczby cząstek na jednostkę objętości niż woda gazowa i - co ważniejsze - powietrze. I wytwarza cały ten gaz po prostu gotując go. Tak więc, mając objętość materiału, który łatwo mieści się w komorze, możesz wytworzyć z niego do 1000 razy więcej gazu niż dałoby podobna objętość powietrza, a tym samym 1000 razy ciśnienie w dowolnej temperaturze.
Prawo gazowe z pewnością działa również równie dobrze w przypadku powietrza , dlatego w przypadku powietrza można również zwiększyć $ n $ i tym samym $ P $ w ten sam sposób. Problem w tym, że co trzeba zrobić, aby to zrobić . Powietrze jest w normalnych warunkach już gazem: a więc aby dostać więcej $ n $ do komory, musisz wpompować gas i zwiększ ciśnienie. Oznacza to, że teraz sprężasz powietrze ... i gratulacje, właśnie wymyśliłeś silnik na sprężone powietrze, tylko teraz z dodatkową grzałką. Lepiej po prostu spalić całe to paliwo, aby uruchomić sprężarkę i sprężać powietrze od samego początku, zamontować zbiornik i pominąć pirotechnikę.
Alternatywą byłoby użycie powietrza, które jest skraplane w postać płynna lub stała. Możesz to zrobić - to się nazywa ciekły azot (no dobra, to 75% powietrza, a nie 100%). Problem polega na tym, że musisz zużyć energię na ochłodzenie go, aby stał się płynny, ponieważ temperatura pokojowa - 295 K (lub 300 K, jeśli jesteś w Chinach lub wielu innych częściach świata) - jest znacznie wyższa. temperatura wrzenia azotu 77 K. W związku z tym o wiele bardziej efektywne jest po prostu podgrzanie i gotowanie czegoś, co już jest ciekłe w temperaturze pokojowej.
A teraz ostatnia uwaga, woda nie jest jedyną opcją w teorii - inną opcją byłby alkohol, ale alkohol jest łatwopalny: podgrzewasz to w silniku i chyba że jest to całkowicie tam obojętna atmosfera zapaliłaby się i spłonęła wszystko naraz i miałbyś bombę, a nie silnik. Co więcej, nawet jeśli istnieje obojętna atmosfera, alkohol może ulegać pirolizie (rozkładowi, czyli rozpadaniu się cząsteczek), zanim osiągnie dobrą temperaturę pracy, i chociaż teoretycznie można powiedzieć, że jest to dobre, ponieważ wytwarza więcej gazu, rozbijając duże cząsteczki gazu na małe i tym samym rosną $ n $ jeszcze bardziej, rozkładając materiał pochłania jeszcze więcej energii. Co więcej, produkty rozkładu to gazy, których nie można ponownie skroplić w temperaturze pokojowej, dlatego wracamy do silnika na sprężone powietrze. Co więcej, zawierają one wodę ( $ \ mathrm {H_2O} $ ), więc także wracamy do silnika parowego. Wreszcie, $ n $ alkoholu uzyskanego na jednostkę objętości jest mniejszy niż woda ze względu na większe rozmiary jego cząsteczek.
Na koniec dnia, równie dobrze możesz zatankować go wodą. Jest ciekły w temperaturze pokojowej, wrze w stosunkowo niskiej temperaturze, ma wiele cząsteczek do oddania, jest niezwykle powszechny i tani (szczególnie jeśli otrzymujesz go z oceanu i nie wykorzystujesz cennych zasobów słodkiej wody ponieważ nie musisz tego pić, co więcej, destylacja jest trywialna, ponieważ efektywnie twój silnik „destyluje” go wiele razy, a zatem wykonanie przedbiegu na zewnątrz jest trywialnym dodatkowym wydatkiem), a wszystko inne, czego możesz użyć, wytrzyma duże prawdopodobieństwo, że i tak zamieni się w niego, a jeśli chodzi o to, sam nie ulega pirolizie do około 3000 K lub więcej, znacznie powyżej temperatury topnienia żelaza, 1811 K, a więc powyżej punktu, w którym twój silnik zamienia się w kałużę lawy .
Woda jest tam, gdzie jest. Właściwie mógłbym zaryzykować, że jest to optymalny materiał do tego celu: ogólnie mówiąc, bardziej złożone cząsteczki łatwiej się rozpadają (bardziej złożone rzeczy , psują się ogólnie łatwiej, jako zasada uniwersalna), a proste cząsteczki (np. 3 atomy) wszystkie są albo gazami w temperaturze pokojowej i / lub niebezpiecznymi substancjami reaktywnymi (np. chlorowodór).
Teraz, jeśli budujesz silnik działający na pozaziemskim ciele, takim jak Tytan, a nawet Pluton, możesz użyć stałego lub ciekłego azotu lub metanu / etanu, ponieważ jest wystarczająco zimno, są one teraz dostępne „za darmo”, tak jak woda, bez specjalnego chłodzenia kroki. Podczas gdy problem temperatury rozkładu dla tych ostatnich wciąż technicznie pozostaje, musisz pamiętać o silnikach i prawach gazowych dotyczących temperatury, działać na współczynnikach ekspansji i przy gotowaniu ciekłego metanu zaczynasz przy 111 K zamiast 373 K, przechodząc od nieco ponad 111 K do 333 K, wciąż poniżej rozkładu. punktu metanu, daje mniej więcej taką samą ekspansję, jak przejście z 373 K do 1119 K, co można zrobić w prawdziwym silniku parowym.
Problem w tym, że teraz będziesz bardziej się martwić kombinacje paliwa / utleniacza, więc prawdopodobnie będziesz chciał po prostu użyć ich bardziej bezpośrednio w konfiguracji podobnej do spalania wewnętrznego. Istota maszyn parowych polegała na tym, że można było używać ściętego drewna i / lub węgla razem z atmosferycznym utleniaczem. Nic takiego na tych światach.