Stoommachine

Een stoommachine

Een stoommachine is een machine die stoom omzet in een beweging. Water wordt verwarmd totdat het kookt om zo stoom te maken. Omdat de stoom nergens heen kan, drukt het zuigers in een cilinder weg. Door hier stangen aan vast te maken kun je deze beweging omzetten in op- en neergaande beweging of een heen- en weergaande beweging. Deze bewegingen kan je overbrengen op een wiel waardoor je rondgaande bewegingen krijgt.

De uitvinding van de stoommachine vormde het begin van de industriële revolutie. Voor het eerst in de geschiedenis was er geen kracht meer nodig van mensen, dieren, windmolens of watermolens om machines aan te drijven. Stoommachines werden gebruikt om allerlei andere machines aan te drijven. Van alle soorten stoommachines die er zijn uitgevonden, is de stoomlocomotief het meest bekend.

Geschiedenis

Houtskool, steenkool en de stoommachine van James Newcomen

De Newcomen-Stoommachine

In het begin van de 18e eeuw was houtskool de voornaamste brandstof in Engeland. Houtskool wordt gemaakt van hout. Echter verdwenen de bossen zo snel doordat iedereen hout nodig had om houtskool te maken en werd ontbossing een serieus probleem. Men moest opzoek naar een andere brandstof. Gelukkig kon men in Engeland steenkool relatief dicht aan de oppervlakte vinden. Het duurde dan ook niet langs of de vraag naar steenkool begon te stijgen. De steenkolenmijnen moesten al snel dieper graven om nieuwe steenkool te vinden. Hiervoor moesten ze onder het grondwaterniveau werken, met tot gevolg dat het onderlopen van mijnen met water een groot probleem begon te vormen. Thomas Newcomen had hier het antwoord op. Het jaar was 1712 en hij had zojuist een stoommachinepomp uitgevonden. Het werkte net als een fietspomp, maar dan zuigend in plaats van blazend en automatisch. Hij noemde het de Newcomen-stoommachine.

Het werkt doordat water wordt opgewarmd in een ketel. Net als een waterkoker, maar dan op steenkool. Hierdoor ontstaat stoom. Maar omdat de stoom vast zit in een ketel kan het nergens heen. De stoom hoopt op en de druk wordt groter. Er ontstaat bovendruk. Hierdoor word de 'zuiger' met veel kracht naar boven gedrukt. Op het moment dat de zuiger niet meer verder naar boven kan wordt er koud water in de ketel gespoten. De stoom koelt af en wordt weer water. Dit proces heet condensatie. Maar omdat er geen lucht bij kan komen ontstaat er een vacuüm. Hetzelfde wat ontstaat als je een zuignap op iets vlak plakt. Er is nu een onderdruk in de ketel wat minder sterkt is dan bovendruk. Hierdoor komt de zuiger weer naar beneden en begint het proces weer van vooraf aan.

De stoommachine van James Watt

James Watt kreeg in 1763 de opdracht om een Newcomen-Stoommachine van de Universiteit van Glascow te repareren. Dit was voor James Watt gelijk zijn kans om de Newcomen-Stoommachine te verbeteren. Hij zag dat de ketel waar de zuiger inzat iedere keer werd afgekoeld om de zuiger weer naar beneden te krijgen. Dit betekende dat om de zuiger weer omhoog te krijgen, deze ketel eerst weer helemaal opgewarmd moest worden.

James Watt zijn eerste zet was om een cilinder naast de machine te plaatsen om de stoom af te laten koelen. Zo kon de ketel heet blijven en ging de zuiger veel sneller weer omhoog.

De verbetering van James Watt op de Newcomen-Stoommachine

In 1781 verbeterde James Watt de stoommachine nog verder door in plaats van de zuiger met onderdruk en bovendruk te laten bewegen, aan beide kanten van de zuiger stoom te spuiten. Dit deed hij om de beurt zodat de zuiger net zoveel kracht had bij het omhoog komen als bij het naar beneden gaan. Hierdoor kon hij er draaiende beweging van maken en kon je het voor veel meer dingen gebruiken dan alleen water oppompen zoals bij de Newcomen-Stoommachine. Deze stoommachine was het begin van de grote fabrieken en de stoomtrein

De Watt-Stoommachine

Stoommachines van vandaag

De stoommachine zoals James Watt heeft uitgevonden gebruiken wij niet meer. Maar zijn idee nog wel. Nog altijd gebruiken wij vaak stoom om energie op te wekken. Kolencentrales verbranden steenkool, koken daarmee water en met de stoom die daardoor ontstaat drijven zij een (stoom)turbine aan die elektriciteit opwerkt. Ook kernenergie werkt met het opwarmen van water om stoom te krijgen die een (stoom)turbine aandrijft. Hier wordt alleen gebruikt gemaakt van uranium in plaats van steenkool. De rook die je dus ziet is dus niet alleen maar ongezond. Er zit ook gewoon heel veel stoom tussen.

Bronvermelding

Caljé, P.A.J., Hollander, J.C. den. (2005) De nieuwste geschiedenis. Zutphen: Koninklijke Wöhrmann.

Kersbergen, C., Haarhuis, A. (2013) Natuuronderwijs Inzichtelijk. Bussum: Uitgeverij Coutinho.

Koning, N. de. (2005) Presenteren. Den Haag: Academic Service

Noble, T.F.X., Strauss, B., Osheim, D.J., Neuschel, K.B., Accampo, E.A., Roberts, D.D., Cohen, W.B. (2008) Western Civilization Beyond Boundaries. Boston: Houghton Mifflin Company.

Os, M. van, Potjer, M. (2003) Een kennismaking met de geschiedenis van de nieuwe tijd. Bussum: Uitgeverij Coutinho.