Motore a scoppio e la sua importanza - Tesina per Liceo Scientifico

Il Motore a Combustione Interna, sua utilità ed applicazioni.

Il Motore a scoppio, detto anche Motore a Combustione Interna,

scoppio Interna

rappresenta la più diffusa macchina termica mai realizzata dall'uomo,

ed oggigiorno il suo impiego trova molteplici applicazioni.

applicazioni

La ragione di una tale capacità di soddisfare le più disparate necessità deve

essere ricercata nella facilità di regolazione e di adattamento proprie di

questa macchina.

Il Motore a scoppio è stato velocemente adattato ai bisogni civili ed

industriali dell'uomo, consentendo la realizzazione dell' automobile, della

automobile

motocicletta, di velivoli e della produzione di energia laddove era

motocicletta impossibile con altri mezzi.

Ha accorciato le distanze, rendendo possibile viaggiare a velocità sempre

maggiori, ed ha migliorato le comunicazioni, il trasporto delle merci e

comunicazioni

gli scambi culturali.

culturali

Ha permesso inoltre lo sviluppo delle corse automobilistiche e

motociclistiche, che rappresentano uno dei migliori esempi di

motociclistiche

intrattenimento odierno e di integrazione tra macchina ed essere umano.

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Nascita e storia del motore a scoppio

Il motore a scoppio fu il risultato di una lunga serie di studi, ricerche ed

esperimenti che videro impegnati numerosi scienziati europei dalla metà

dell’800 fino ai primi anni del ‘900.

L'origine del motore a scoppio risale alla metà del XIX secolo, quando in

diverse regioni europee iniziarono i primi esperimenti nel tentativo di produrre

energia meccanica dal calore.

Molti scienziati provarono a produrre un modello di motore a

scoppio funzionante, ma con scarsi risultati.

Il primo motore funzionante con regolarità fu proprio quello ad

opera di due ITALIANI, Barsanti e Matteucci , del quale furono depositati

1853

i disegni ed una precisa descrizione nel e al quale fanno riferimento diversi

brevetti in Inghilterra, Francia, Belgio e Italia. primo motore a

A tutti gli effetti questo deve essere riconosciuto come il

combustione interna . primo motore a scoppio

Il fu

inventato Italiani

da due :

Eugenio Barsanti e Felice Matteucci

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Il motore di Barsanti e Matteucci,

era costituito da un cilindro in

ghisa verticale munito di stantuffo e

rendimento

valvole, ed il globale si

attestava intorno al 14%.

Un motore Barsanti-Matteucci

Successivamente, nel 1860,

Lenoir realizzò un motore

molto simile, che però

funzionava ad azione diretta,

con un rendimento del 4%.

Tuttavia, grazie anche al

supporto del governo francese,

questo motore ebbe un

notevole successo: fu il primo

motore a combustione

interna ad essere impiegato Il motore Lenoir del 1860

nel settore industriale. 6 Nel 1867 i tedeschi A.

Otto ed E. Langen

presentano un motore

sostanzialmente uguale

a quello di Barsanti e

Matteucci all'Esposizione

Internazionale di Parigi, con

un rendimento del 12%.

Nonostante le enormi

dimensioni e le notevoli

Il motore Otto-Langen del 1867 vibrazioni, questo motore

sostituì ben presto il motore

Lenoir.

Negli anni che seguirono, l'impiego dei

motori a scoppio ebbe una notevole

diffusione ed il loro sviluppo fu portato

avanti da molte persone sia in Europa

America.

che in Il prof. August Otto

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Il contesto storico: la seconda rivoluzione industriale

Proprio il motore a scoppio,

unito alla diffusione dell’energia

elettrica, fu una delle principali

caratteristiche del periodo di

profonda trasformazione economica

che venne chiamato “Seconda

rivoluzione industriale”.

Ebbe inizio con un’improvvisa

crisi di sovrapproduzione,

Questa crisi durò per circa un scoppiata nel 1873.

ventennio e provocò:

- un notevole rallentamento dello

sviluppo;

- una prolungata caduta dei prezzi;

Questi due fattori portarono allo

sviluppo di grandi concentrazioni

finanziarie e strette 8

compenetrazioni tra banche e

La conseguenza più grave della

caduta dei prezzi fu certamente

lo svilupparsi di una grave crisi

agraria che interessò l’Europa

negli ultimi decenni

dell’Ottocento, ma non colpì i

paesi più sviluppati, nei quali i

progressi portarono ad una vera e

Caratteristica saliente di questo periodo fu la stretta

propria rivoluzione agricola.

correlazione tra scienza, tecnologia e produzione, e il

rinnovamento tecnologico si concentrò principalmente sulle

industrie giovani: chimica, elettrica e dell’acciaio,

aprendo nuove prospettive un po’ in tutti i settori produttivi.

La produzione di energia elettrica (soprattutto con

l’illuminazione) e l’invenzione del motore a scoppio

rivoluzionarono la vita quotidiana, insieme alla

trasformazione scientifica e ai progressi della medicina e

dell’igiene.

Questi ultimi due aspetti, uniti al notevole sviluppo

dell’industria alimentare, determinarono in Europa un calo

della mortalità, che fu la causa di un sensibile aumento

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della popolazione, nonostante la diffusione dei metodi

Il

La fiducia nel progresso e nella scienza:

positivismo

Questa fiducia nella scienza e nel progresso si configura con il

positivismo

termine « », un movimento filosofico e culturale

ispirato ad alcune idee guida fondamentali riferite in genere

all'esaltazione del progresso e del metodo scientifico.

Il movimento nasce in Francia e si diffonderà a livello europeo

e mondiale, nella seconda metà dell’Ottocento.

Il termine «positivo», da cui deriva positivismo, designa:

-

tutto ciò che è concreto, reale, sperimentabile, in

contrapposizione a ciò che è astratto e metafisico;

-

tutto ciò che è utile al miglioramento materiale

dell'uomo, in contrapposizione a ciò che appare inutile,

infecondo, ozioso.

Con il positivismo si tratta allora di fondare una nuova scienza

sulle basi delle leggi concrete della natura e non fondata sulle

sterili teorie metafisiche. 10

Ecco alcuni tratti essenziali del positivismo:

•

1. La scienza è l'unico metodo per raggiungere una vera

conoscenza;

•

2. Lo studio della sociologia come indagine scientifica dei rapporti

naturali che vincolano gli uomini (la nascita della sociologia come scienza

risale proprio a Comte);

•

3. L'ottimismo legato alla fiducia nella scienza, vista come disciplina

che può risolvere qualsiasi problema dell'uomo. La scienza tende ad

aumentare il benessere degli uomini, l'idea è che l'approccio scientifico porti

a un progresso generale e costante delle qualità di vita;

•

4. L'idea che la filosofia abbia il compito di organizzare e coordinare

i risultati delle singole scienze specialistiche, ovvero la riduzione della

filosofia da scienza prima a scienza generica con compiti di controllo.

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Auguste Comte

Il padre del Positivismo: (1798 –

1857)

Comte nacque a Montpellier, in

Francia.

Già a quattordici anni si propose

di rinnovare il metodo di tutte

le scienze sulle ali dell'entusiasmo

diffuso dalla Rivoluzione francese.

È il padre riconosciuto del

positivismo, colui che si dedicò

più di ogni altro alla definizione di

un nuovo sistema di pensiero

che partisse dalle basi certe

della fisica e del metodo

Le leggi che regolano lo sviluppo dell'uomo e della realtà,

sperimentale.

sono per Comte leggi che possiedono la precisione e la

determinazione delle scienze fisiche.

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La scienza positivista è per Comte il culmine di uno sviluppo storico

ininterrotto verso la vera conoscenza delle cose. I modi in cui l'uomo

si è accostato, nel corso del passato, a tale conoscenza sono

tre stadi

principalmente tre, divisi da Comte in :

• teologico

1. Il primo stadio è quello , ovvero lo stadio in cui

l'uomo spiega l'ignota origine dei fenomeni attribuendone le cause a

forze divine superiori (ad esempio, "il fulmine è un dardo scagliato da

Zeus"), è il periodo dell'infanzia dell'umanità;

• metafisico

2. Il secondo è lo stadio , ovvero lo stadio in cui l'uomo

rifiuta la spiegazione divina e cerca nell'essenza astratta dei fenomeni

la spiegazione a tutto (ad esempio, il fuoco brucia perché possiede

l'essenza del calore, virtù calorifica),

la è il periodo dell'adolescenza

dell'uomo;

• positivo

3. Il terzo stadio è quello , ovvero lo stadio che si trova a

vivere l'uomo moderno, il quale spiega i fenomeni studiandone le

leggi empiriche (ad esempio, "il fulmine è una scarica elettrica"), è la

fase della maturità dell'uomo.

Si noterà come gli stadi di questo sviluppo tendano a un costante

miglioramento, lo stesso nuovo approccio positivista sarà in

grado di garantire all'umanità un continuo progresso

tecnologico, risultato di benessere e prosperità.

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Il fenomeno del Fordismo

progresso tecnologico

Il continuo fa si che nei

primi anni del ‘900 si abbia un periodo di benessere

generale: i beni voluttuari hanno un prezzo minore e

sono accessibili ad un numero sempre crescente di

persone anche grazie all’aumento dei salari.

Nasce così quella peculiare forma di produzione,

nota con la parola «fordismo», basata

principalmente sull'utilizzo della tecnologia

della catena di montaggio al fine di Henry Ford

incrementare la produttività.

Il termine fu coniato attorno agli anni trenta per descrivere il successo

ottenuto nell'industria automobilistica a partire dal 1913 dall'industriale

Henry Ford teorie

statunitense (1863 - 1947); ispiratosi alle proposte dal

Frederick Taylor

connazionale (1856 - 1915), ebbe poi un considerevole

seguito, tanto da rivoluzionare notevolmente l'organizzazione della

produzione a livello globale e diventare uno dei pilastri fondamentali

dell'economia del XX secolo, con notevoli influenze sulla società.

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Il Fordismo può essere sintetizzato

in questi semplici punti:

Applicazione della catena di

montaggio (principio del taylorismo)

+

Aumento dei salari dei lavoratori

=

Abbassamento costi di produzione

Incremento delle vendite

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Con la diffusione del Fordismo e del

Taylorismo, si verifica un effettivo

abbassamento dei prezzi ed un

incremento nel settore della produzione

industriale.

La prima automobile

accessibile a tutti: il 27

settembre 1908 nasce la

Ford Modello T.

Essa è stata inoltre la prima

vettura prodotta in grande

serie utilizzando la tecnica

Ford Modello T della catena di montaggio.

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Termodinamica

La termodinamica è la parte della fisica che si occupa di studiare le leggi con

cui i corpi scambiano (ricevono e cedono) calore e lavoro con l’ambiente

che li circonda.

In particolare, la termodinamica si occupa delle trasformazioni di calore in lavoro

che hanno luogo in tutte le macchine termiche.

Essa spiega e prevede il comportamento dei sistemi

termodinamici, ed è fondata su due princìpi:

 primo principio

Il della termodinamica tiene

conto non solo del lavoro, ma anche del calore

come forma di trasferimento dell’energia;

 secondo principio

Il della termodinamica

stabilisce precise limitazioni alla possibilità

di trasformare lavoro in calore;

Esiste anche un terzo principio che si occupa

dell’equilibrio termico tra corpi, e prende il nome

di “principio zero della termodinamica”:

 principio zero della termodinamica

Il

afferma che se un corpo A è in equilibrio

termico con un corpo C e anche un corpo B è

in equilibrio termico con C, allora A e B

risulteranno essere in equilibrio termico tra loro.

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Le trasformazioni termodinamiche

Esistono tre tipi fondamentali di trasformazioni:

 trasformazioni isoterme

le : avvengono a temperatura costante, per il gas

perfetto tale trasformazione è rappresentata da un arco di iperbole

equilatera;

 trasformazioni isobare

le : avvengono a pressione costante, in un grafico

pressione-volume sono rappresentate da un segmento parallelo all’asse delle

ascisse;

 trasformazioni isocore

le : avvengono a volume costante, in un diagramma

pressione-volume sono rappresentate de un segmento parallelo all’asse delle

ordinate;

Trasformazione isoterma Trasformazione isobara Trasformazione isocora

trasformazioni adiabatiche

Esistono anche le : avvengono senza

scambio di calore tra il sistema fisico in esame e l’ambiente esterno;

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Secondo principio della termodinamica

Sul secondo principio della termodinamica si basa il Lord Kelvin

funzionamento di una macchina termica come il motore a

scoppio.

Pensando al ruolo insostituibile che le macchine termiche, come i

motori a scoppio, hanno nella società moderna si comprende

l’importanza fondamentale di questo principio.

Una macchina termica è un dispositivo in grado di compiere un