Motorul cu ardere internă obține mișcarea din arderea unui combustibil chiar în interiorul cilindrilor, iar motorul electric o obține din forțele dintre câmpuri magnetice create de curentul electric. Cele două soluții au transformat transportul în moduri diferite: primul a permis automobilul, avionul cu elice și camionul, al doilea domină azi trenurile, tramvaiele și, tot mai des, autoturismele. Pot fi înțelese cel mai bine prin exemple din viața de zi cu zi.
Ce înseamnă „ardere internă”
Într-un motor cu ardere internă, un amestec de combustibil și aer este aprins într-un spațiu închis, numit cilindru. Gazele fierbinți care rezultă se dilată brusc și împing un piston. Pistonul este legat de un arbore, care transformă mișcarea în sus și în jos într-o mișcare de rotație. Această rotație ajunge, prin transmisie, la roți. „Internă” înseamnă că arderea are loc în interiorul motorului, spre deosebire de mașina cu abur, în care focul se află în afara cilindrului și încălzește apa dintr-un cazan. Despre această etapă anterioară, articolul despre mașina cu abur și Revoluția Industrială oferă povestea completă.
Majoritatea motoarelor de mașină funcționează în patru timpi: admisie (amestecul intră în cilindru), compresie (pistonul îl comprimă), ardere (amestecul este aprins și împinge pistonul) și evacuare (gazele ies). Ciclul se repetă de sute de ori pe minut, iar mai mulți cilindri lucrează pe rând pentru ca mișcarea să fie lină.
Ce înseamnă „motor electric”
Un motor electric folosește faptul că un conductor parcurs de curent, aflat într-un câmp magnetic, simte o forță. Într-un motor, un rotor este învârtit de forțele dintre magneți și bobine. Fiind mult mai simplu, cu puține piese în mișcare, motorul electric este fiabil și eficient. Nu are nevoie de aer, nu produce gaze de eșapament la locul de utilizare și poate livra forță maximă din primele rotații, ceea ce explică accelerația vioaie a multor vehicule electrice.
Un detaliu util: același aparat poate lucra și invers. Un motor electric poate funcționa ca generator, transformând mișcarea în curent. Din acest motiv, vehiculele electrice pot recupera o parte din energie la frânare, ceea ce un motor cu ardere nu poate face.
Exemple din viața de zi cu zi
- Bicicleta: când pedalezi, tu ești „motorul”; la o bicicletă electrică, un mic motor te ajută la urcări, iar bateria înlocuiește o parte din efort.
- Tramvaiul și trenul electric: primesc energia prin cablu sau șină. Nu au nevoie să cară combustibil, iar motoarele sunt puternice și eficiente.
- Mașina de tuns iarba: există și variante cu benzină, zgomotoase și cu miros, și variante electrice, mai silențioase și mai ușor de pornit.
- Telefonul care vibrează: conține un mic motor electric cu un contragreutate, care face aparatul să tremure.
- Avionul cu elice mică: folosește de obicei un motor cu ardere, pentru că energia concentrată în combustibil este greu de egalat cu bateriile actuale.
Cum se compară cele două
Alegerea între ele depinde de ce vrei să faci. Combustibilul lichid conține multă energie într-un volum mic și poate fi reumplut în câteva minute, ceea ce a făcut ca motorul cu ardere să domine transportul pe distanțe lungi. În schimb, o mare parte din energia combustibilului se pierde sub formă de căldură, iar randamentul este relativ mic. Motorul electric transformă o proporție mult mai mare a energiei în mișcare, dar depinde de modul în care este stocată sau produsă electricitatea: bateriile sunt mai grele pentru energia pe care o stochează, iar încărcarea durează mai mult decât alimentarea cu combustibil.
Un lucru important: un motor electric nu este „fără emisii” în sens absolut. Impactul asupra mediului depinde de modul în care a fost produsă electricitatea și de felul în care sunt fabricate și reciclate bateriile. Compararea corectă se face pe întreg ciclul de viață, de la fabricație la utilizare și la reciclare.
Benzină, motorină și alte variante
Nici motoarele cu ardere nu sunt toate la fel. Cel cu benzină aprinde amestecul cu o scânteie produsă de bujie. Cel diesel comprimă atât de puternic aerul încât acesta se încălzește, iar combustibilul injectat se aprinde singur, fără scânteie. Motoarele diesel au de obicei randament mai bun, dar produc alte tipuri de emisii și au nevoie de sisteme speciale de filtrare. Există și motoare care funcționează cu gaz, cu etanol sau cu amestecuri, iar în aviație și în navigație se folosesc turbine și motoare mari cu pistoane, adaptate la sarcini grele.
Rudolf Diesel, inginerul care a dat numele motorului, a urmărit un randament cât mai mare; motorul cu benzină s-a dezvoltat din eforturile mai multor ingineri care au lucrat pe rând la îmbunătățirea ciclului în patru timpi. Ca multe alte invenții, nici aici nu avem un singur autor, ci o evoluție colectivă.
Cum s-a ajuns aici
Ambele idei au o istorie lungă. Motorul electric a apărut încă din secolul al nouăsprezecelea, iar primele vehicule electrice au existat în paralel cu cele cu ardere. Motorul cu benzină s-a impus pentru că autonomia și alimentarea rapidă au fost atunci avantaje decisive, iar petrolul era ieftin și abundent. Astăzi, progresele în baterii, în electronica de putere și în preocuparea pentru calitatea aerului din orașe au readus motorul electric în prim-plan.
Nu trebuie văzut ca o competiție simplă în care unul dispare: probabil vor coexista mult timp, fiecare în domeniul unde se potrivește mai bine. Hibridele combină ambele soluții, iar în aviație și în transportul greu se caută alternative potrivite.
Ce poți observa singur
Poți face câteva observații simple. Ascultă zgomotul unui autobuz cu motor termic și compară-l cu cel al unui troleibuz sau al unui tramvai. Observă cum accelerează fiecare și cum se comportă la oprire. Citește pe fișa unei mașini diferența dintre puterea și cuplul motorului. Aceste lucruri te ajută să vezi, concret, cum se traduc principiile fizice în tehnologie.
Pentru alte povești despre invenții și despre oamenii care le-au făcut posibile, secțiunea de invenții are multe materiale pe înțelesul tuturor.
