Ενδιαφέρουσες παρουσιάσεις στην τάξη

Γνωρίζω ότι οι περισσότεροι συμμετέχοντες στην ομάδα ασχολούνται κυρίως με ασκήσεις φυσικής. Επειδή όμως πιστεύω ότι οι μαθητές προσεκλύονται περισσότερο από την κατανόηση καθημερινών φαινομένων παρά από την επίλυση ασκήσεων, σκέφτηκα να παρουσιάσω σύντομα δύο θέματα που πιστεύω ότι θα προσελκύσουν το ενδιαφέρον τους. Αυτά είναι (α) η σύγκριση των δίχρονων με τους τετράχρονους κινητήρες εσωτερικής καύσης και (α) η σύγκριση της μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας με συνεχές ρεύμα με τη μεταφορά μέσω εναλλασσόμενου. Σπεύδω να επισημάνω ότι και στις δύο περιπτώσεις η σημερινή πραγματικότητα είναι διαφορετική από αυτήν που δίδασκα εγώ πριν από 15 χρόνια.

(α) Στην περίπτωση των κινητήρων εσωτερικής καύσης, νομίζω πως έχει εδραιωθεί η αντίληψη ότι οι δίχρονοι κινητήρες είναι κάτι ξεπερασμένο, επειδή εκπέμπουν σημαντικά περισσότερους ρύπους από ό,τι οι τετράχρονοι. Αυτό όμως ισχύει μόνο για τους βενζινοκινητήρες, οι οποίοι χρησιμοποιούν ως καύσιμη ύλη βενζίνη ανακατεμένη με ορυκτέλαιο. Αντίθετα οι πετρελαιοκινητήρες (diesel) χρησιμοποιούν σκέτο πετρέλαιο, είτε δίχρονοι είτε τετράχρονι. Οι δίχρονοι όμως έχουν ένα σημαντικότατο πλεονέκτημα, την απλούστερη κατασκευή, και άρα τις λιγότερες βλάβες, επειδή δεν έχουν βαλβίδες και επομένως ούτε εκκεντροφόρο άξονα. Αυτή η απλότητα ήταν άλλωστε και η αιτία της ανάπτυξης στην Ελλάδα μικρών βιομηχανιών κατασκευής δίχρονων πετρελαιοκινητήρων στα μέσα του εικοστού αιώνα (π.χ. Πετρόπουλος, Αξελός), οι οποίοι χρησιμοποιούνταν σε πλοία, τρακτέρ και ηλεκτρογεννήτριες και ήταν πρακτικά αθάνατες. Επομένως αν βρισκόταν τρόπος να βελτιωθεί η απόδοσή τους, ώστε να πλησιάζει αυτήν των τετράχρονων, θα εύρισκαν σημαντική εφαρμογή στις θαλάσσιες μεταφορές, όπου η μηχανή λειτουργεί συνεχώς για εβδομάδες και μια βλάβη στη μέση του ωκεανού μπορεί να αποβεί μοιραία. Αυτό έχει όντως επιτευχθεί, και πολλές εταιρείες κατασκευής ναυτικών μηχανών εσωτερικής καύσης παράγουν δίχρονους πετρελαιοκινητήρες. Καλή δραστηριότητα για τους μαθητές είναι η παρουσίαση στην τάξη των δίχρονων μηχανών diesel της φινλανδικής εταιρείας Wärtsilä, οι οποίες κινούν κυρίως πλοία μεταφοράς κοντέινερ.

The Wärtsilä RT-flex96C is a two-stroke turbocharged low-speed diesel engine designed by the Finnish manufacturer Wärtsilä. It is designed for large container ships that run on heavy fuel oil. Its largest 14-cylinder version is 13.5 meters high, 26.59 meters long, weighs over 2,300 tonnes, and produces 80.08 megawatts. The engine is the largest reciprocating engine in the world.

https://en.wikipedia.org/wiki/W%C3%A4rtsil%C3%A4-Sulzer_RTA96-C

(β) Στην περίπτωση της μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας, νομίζω πως έχει εδραιωθεί η αντίληψη ότι το εναλλασσόμενο ρεύμα υπερέχει σαφώς του συνεχούς, επειδή μπορούμε να ανεβάσουμε την τάση του με έναν μετασχηματιστή, να μεταφέρουμε την ηλεκτρική ενέργεια σε μεγάλες αποστάσεις επειδή το ρεύμα είναι σχετικά χαμηλό, και στη συνέχεια να κατεβάσουμε πάλι την τάση για την τελική διανομή στους καταναλωτές. Κατά τη μεταφορά όμως της ηλεκτρικής ενέργειας έχουμε δύο ειδών απώλειες: (α) την ωμική, που είναι προφανής σε όλους, αλλά και την απώλεια λόγω διαφοράς φάσης μεταξύ τάσης και ρεύματος! Θα έλεγα ότι χονδρικά η μεταφορά μέσω συνεχούς ρεύματος έχει τις μισές απώλειες από ό,τι η μεταφορά μέσω εναλλασσόμενου ρεύματος. Με την παλιά τεχνολογία ήταν εύκολο να πάρουμε συνεχές ρεύμα από εναλλασσόμενο, με τη βοήθεια ενός παθητικού κυκλώματος ανορθωτή. Με τη σημερινή τεχνολογία όμως είναι σχετικά εύκολο και το αντίστροφο: να παραγάγουμε εναλλασσόμενο ρεύμα από συνεχές, με τη βοήθεια ενός ενεργού κυκλώματος ταλαντωτή. Έτσι γίνεται όλο και πιο ελκυστική η μεταφορά της ηλεκτρικής ενέργειας μέσω συνεχούς ρεύματος.

Για την παρουσίαση:

https://en.wikipedia.org/wiki/High-voltage_direct_current