Hướng dẫn Chế tạo Động cơ Hơi nước

26/02/2025

Nội dung bài viết

Khi nhắc đến “động cơ hơi nước”, nhiều người thường liên tưởng đến đầu máy xe lửa hay những chiếc xe Stanley chạy bằng hơi nước. Tuy nhiên, ứng dụng của chúng vượt xa hơn thế, không chỉ giới hạn trong ngành vận tải. Được phát minh từ hơn hai nghìn năm trước, động cơ hơi nước đã trở thành nguồn năng lượng chính trong ba thế kỷ qua. Ngày nay, tua-bin hơi nước đóng góp hơn 80% sản lượng điện toàn cầu. Để hiểu rõ hơn về nguyên lý hoạt động của loại động cơ này, hãy cùng tự tạo một mô hình từ những vật liệu đơn giản qua hướng dẫn chi tiết trong bài viết này. Cùng bắt đầu với các bước dưới đây!

Các bước thực hiện

Chế tạo Động cơ Hơi nước từ Lon nước ngọt (Phù hợp cho Trẻ em)

Cắt ngắn lon nhôm còn khoảng 6,35 cm. Sử dụng kéo cắt nhôm hoặc kéo thường để cắt một đường ngang quanh thân lon, cách đáy khoảng 1/3 chiều cao của lon.

Gập và uốn mép lon bằng kìm. Gập phần cạnh sắc vào bên trong thân lon để loại bỏ nguy cơ gây tổn thương. Hãy cẩn thận để tránh làm đứt tay trong quá trình thực hiện.

Làm phẳng đáy lon từ bên trong. Đa số lon nước ngọt có đáy lõm vào trong. Dùng ngón tay hoặc đáy cốc thủy tinh để ấn phẳng đáy lon một cách nhẹ nhàng.

Đục hai lỗ đối diện nhau trên thân lon, cách mép khoảng 1,27cm. Sử dụng đồ bấm lỗ giấy hoặc búa và đinh để tạo lỗ. Đảm bảo lỗ có đường kính lớn hơn 3,175 mm để phù hợp với mục đích sử dụng.

Đặt nến hộp vào giữa lon. Lót giấy nhôm xung quanh và dưới nến để giữ nến đứng vững. Nến hộp giúp ngăn sáp chảy ra ngoài, đảm bảo an toàn cho lon nhôm của bạn.

Cuốn ống đồng dài 15,24-20,32 cm quanh bút chì 2-3 vòng để tạo cuộn dây. Ống đồng 3mm dễ dàng uốn cong. Để lại một đoạn ống dư để đặt ngang qua đầu lon, cùng với hai đoạn ống thẳng dài 5,08 cm ở mỗi bên.

Luồn hai đầu ống đồng qua hai lỗ trên lon. Đảm bảo phần giữa của ống nằm ngay phía trên ngọn nến. Cố gắng điều chỉnh sao cho hai đầu ống thừa ra có độ dài bằng nhau.

Dùng kìm uốn cong hai đầu ống tạo thành góc 90 độ. Uốn các đoạn ống thẳng ở hai đầu sao cho chúng hướng về hai phía đối diện nhau. Tiếp tục uốn cong ống một lần nữa để hai đầu ống thấp hơn đáy lon. Khi hoàn thành, bạn sẽ có một cuộn ống nằm trên ngọn nến và hai đầu ống xả hướng ngược nhau.

Đặt lon vào chậu nước, đảm bảo hai đầu ống chìm trong nước. Chiếc “thuyền” của bạn cần nổi nhẹ nhàng. Nếu hai đầu ống không chìm hoàn toàn, hãy thêm một chút trọng lượng vào lon nhưng đừng để nó chìm xuống.

Làm đầy ống bằng nước. Cách đơn giản nhất là nhúng một đầu ống vào nước và hút từ đầu kia như dùng ống hút. Hoặc, bạn có thể bịt một đầu bằng ngón tay và đưa đầu kia vào vòi nước đang chảy.

Đốt nến. Sau một thời gian, nước trong ống sẽ nóng lên và bắt đầu sôi. Khi nước chuyển thành hơi, nó sẽ phun ra từ hai đầu ống xả, khiến chiếc lon xoay tròn trong chậu nước.

Chế tạo Động cơ Hơi nước từ Hộp sơn (Dành cho Người lớn)

Cắt một lỗ hình chữ nhật gần đáy hộp sơn (loại 4,5 lít). Tạo một lỗ nằm ngang kích thước 15x5 cm ở phần thân gần đáy hộp.

Lưu ý: Hộp sơn (và các hộp khác sử dụng sau) chỉ chứa sơn gốc latex (sơn nước) và cần được rửa sạch bằng xà phòng và nước trước khi sử dụng.

Cắt một mảnh lưới sắt kích thước 12x24 cm. Gập 6cm ở mỗi đầu cạnh dài 24cm thành góc 90^o, tạo thành một "chiếc bàn" vuông 12x12 cm với hai "chân" 6cm. Đặt mảnh lưới vào hộp sơn, đặt chân xuống đáy và căn chỉnh sao cho khớp với lỗ vừa cắt.

Tạo các lỗ thông khí hình bán nguyệt trên nắp hộp. Than đá sẽ được đốt bên trong hộp để cung cấp nhiệt cho động cơ hơi nước. Đảm bảo than đá nhận đủ oxy bằng cách khoan hoặc đục các lỗ hình bán nguyệt quanh viền nắp hộp.

Lỗ thông khí lý tưởng có đường kính khoảng 1cm.

Quấn ống đồng thành cuộn dây. Sử dụng khoảng 6m ống đồng mềm đường kính 6mm, đo 30cm từ một đầu và quấn thành 5 vòng đường kính 12cm. Tiếp tục quấn phần còn lại thành 15 vòng đường kính 8cm. Đảm bảo còn dư khoảng 20cm ống sau khi hoàn thành.

Luồn hai đầu cuộn ống qua các lỗ thông khí trên nắp. Uốn cong hai đầu ống hướng lên trên và luồn từng đầu qua một lỗ trên nắp. Nếu ống không đủ dài, bạn có thể cần tháo bớt một phần cuộn ống.

Đặt cuộn ống và than đá vào hộp sơn. Đặt cuộn ống lên trên lưới lọc, sau đó thêm than đá vào để lấp đầy khoảng trống. Đậy nắp hộp thật chặt.

Khoan lỗ lắp ống trên hộp sơn nhỏ hơn. Khoan một lỗ đường kính 1 cm ở giữa nắp hộp. Trên thân hộp, khoan hai lỗ 1 cm, một gần đáy và một gần nắp.

Lắp nút ép cao su vào hai lỗ trên thân hộp nhỏ. Cắm hai đầu ống đồng vào giữa hai nút ép. Gắn một đoạn ống nhựa dài 25cm vào nút ép và một đoạn 10cm vào nút còn lại, đảm bảo chúng vừa khít. Gắn nút ép có ống dài vào lỗ dưới và nút ép có ống ngắn vào lỗ trên. Cố định ống bằng vòng kẹp khóa.

Kết nối ống nhựa từ hộp lớn sang hộp nhỏ. Đặt hộp nhỏ lên hộp lớn, đảm bảo các ống gắn nút hướng ra xa lỗ thông khí. Dùng băng dính kim loại để cố định ống từ nút dưới với ống kéo từ đáy cuộn ống đồng. Tương tự, gắn ống nhựa từ nút trên với đầu cao hơn của cuộn dây.

Gắn ống đồng rỗng vào hộp nối dây. Tháo nắp tròn của hộp nối dây điện bằng búa và tua vít, đảm bảo kẹp giữ dây điện vẫn còn nguyên. Nhét ống đồng dài 15 cm, đường kính 1,27 cm vào hộp, để ống nhô ra một chút. Dùng búa đập nhẹ mép ống để cố định. Gắn đầu dưới ống vào lỗ trên nắp hộp sơn nhỏ.

Cắm que xiên thịt vào nút chốt. Sử dụng que xiên thịt nướng thông thường và cắm vào nút gỗ nhỏ dài 1,5 cm, đường kính 0,95 cm. Đặt que và nút vào ống đồng trên hộp nối dây, để que hướng lên trên.

Que xiên và nút chốt đóng vai trò như "pít tông". Để dễ quan sát chuyển động, hãy gắn một mảnh giấy nhỏ làm cờ hiệu lên đầu que.

Chuẩn bị vận hành máy. Tháo hộp nối dây khỏi hộp sơn nhỏ, đổ đầy nước vào hộp sơn và cuộn ống đồng cho đến khi hộp chứa khoảng 2/3 nước. Kiểm tra kỹ các điểm nối để đảm bảo không rò rỉ. Gắn chặt nắp hộp sơn bằng búa và lắp hộp nối dây vào vị trí cũ.

Khởi động động cơ! Vò giấy báo và nhét dưới lưới chắn, sau đó đốt lên. Than đá sẽ cháy trong 20-30 phút, làm nóng nước trong ống đồng. Hơi nước tạo áp suất đẩy pít tông lên, sau đó trọng lực kéo pít tông xuống. Cắt ngắn que xiên nếu cần để giảm trọng lượng pít tông, giúp nó hoạt động nhịp nhàng hơn.

Dùng máy sấy tóc thổi qua lỗ thông khí để tăng tốc quá trình cháy.

Lưu ý an toàn. Động cơ hơi nước cần được vận hành cẩn thận. Không chạy máy trong nhà hoặc gần vật dễ cháy như lá khô. Chỉ sử dụng trên bề mặt cứng, không cháy như bê tông. Nếu làm cùng trẻ em, luôn có người lớn giám sát. Không để trẻ em lại gần khi than đang cháy. Coi máy như quá nóng để chạm vào.

Đảm bảo hơi nước thoát ra khỏi hộp đun nước. Nếu pít tông kẹt, áp suất tăng cao có thể gây nổ, cực kỳ nguy hiểm.

Lời khuyên hữu ích

Biến động cơ hơi nước thành đồ chơi thú vị bằng cách đặt nó vào một chiếc thuyền nhỏ, với hai ống hướng về phía sau và chìm trong nước. Bạn có thể tạo thuyền từ chai nhựa hoặc can nhựa để tạo nên một dự án thân thiện với môi trường.

Cảnh báo an toàn

Không bịt kín ống đồng bằng bất kỳ phương pháp nào ngoài việc ngâm đầu ống trong nước. Áp suất dư có thể khiến ống nổ và gây thương tích.
Luôn sử dụng kẹp, kìm hoặc găng tay khi di chuyển máy trong lúc hoạt động.
Khi cần giữ máy đang chạy, tránh hướng đầu ống xả về phía người khác vì hơi nước nóng có thể gây bỏng.
Không thử chế tạo động cơ hơi nước phức tạp nếu không hiểu rõ nguyên lý. Ngay cả một vụ nổ nước sôi nhỏ cũng có thể gây thương tích nghiêm trọng.

Những vật dụng cần thiết

Động cơ Hơi nước từ Lon nước ngọt

Lon nhôm
Kéo cắt nhôm hoặc kéo lớn
Kìm
Đồ bấm lỗ
Nến hộp
Giấy bạc
Ống đồng loại 3,175mm
Bút chì hoặc que xiên thịt
Nước
Chậu

Động cơ Hơi nước từ Hộp sơn

Hộp sơn 4,4 lít (ưu tiên loại mới, nếu đã qua sử dụng cần rửa sạch bằng xà phòng và nước)
Hộp sơn 1,1 lít (tương tự như trên)
6m ống đồng 6,35mm
Băng dính kim loại
2 nút ép
Hộp nối dây điện kim loại hình tròn
Kẹp dây điện phù hợp với hộp nối dây
15cm ống đồng 1,27cm
Lưới sắt 12x24cm
35cm ống nhựa cứng loại 6,35mm hoặc 3,17mm
2 kẹp ống nhựa
Than nướng thịt (loại dễ cháy)
Que xiên thịt
Nút gỗ dài 1,5cm, đường kính 0,95cm (một đầu được mở rộng)
Tua vít
Khoan
Búa
Kéo cắt nhôm hoặc kéo thường
Kìm