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Dampfmaschine

Eine Dampfmaschine ist ein Apparat, der mit Dampf betrieben wird. Aber wie funktioniert sie, und wofür wurde und wird sie eingesetzt?

Dampfmaschine

Eine Dampfmaschine ist ein Apparat, der mit Dampf betrieben wird.

Die Physik hinter der Maschine

Die Maschine in der Bauart, wie James Watt sie erfand, ist einfach aufgebaut: In einen Zylinder wird heißer Dampf eingeführt, der durch Druckerhöhung einen Kolben nach oben drückt. Nach einer kurzen Abkühlungsphase sinkt der Kolben wieder durch den abnehmenden Druck nach unten, ehe neuer heißer Dampf eingeführt wird. Somit macht sich die Maschine das Prinzip der Thermodynamik zunutze: Nach der Wärmelehre führt Erwärmung zu Ausdehnung. Durch den auf- und absteigenden Kolben ist es möglich, kreisförmige Bewegungen in Gang zu setzen, um ein Rad anzutreiben – beispielsweise Zahnräder in einem mechanischen Getriebe oder die Räder einer Lokomotive. Wegen des Energieerhaltungssatzes geht hierbei keine Energie verloren oder kommt hinzu, sodass die Energie des heißen Dampfes direkt auf den Kolben und dort wiederum auf die angeschlossenen Bauteile übertragen wird.

Geschichte der Dampfmaschine

Die Prinzipien der Thermodynamik waren bereits in der Antike bekannt und erste Dampfmaschinen wurden bereits dort eingesetzt. Dazu gehört beispielsweise der Apparat Nr. 73, den Heron von Alexandria in seinem Buch Pneumatika beschreit: Das Feuer eines Opferaltars treibt einen Mechanismus an, durch den sich die Türen eines Tempels öffnen. Sein sogenannter Heronsball ist jedoch eher als physikalisches Spielzeug zu bewerten, da es keinen praktischen Nutzen erfüllte. Dasselbe trifft auf die Dampfmaschinen der frühen Neuzeit zu. Erst Thomas Newcomen konstruierte 1712 eine Maschine, die zum Abpumpen von Wasser in Bergwerken diente. Der Durchbruch gelang der Dampfmaschine erst durch eine Neukonstruktion von James Watt 1769, die die Industrialisierung sehr schnell voranbrachte – Fahrzeuge, Dreschmaschinen, Mühlsteine, Entwässerungsapparate und Textilmaschinen verwendeten die Dampftechnik und machten einen Großteil der Arbeitskraft durch Menschen und Tiere, die früher hierfür eingesetzt wurden, überflüssig.

Heutiger Einsatz

Durch die Erfindung effektiverer Maschinen, wie den Stirlingmotor, und elektromechanischer Apparate ist die Dampfmaschine aus vielen Bereichen verdrängt worden. Sie spielt aber nach wie vor eine große Rolle zur Erzeugung von Energie, wo andere Energieträger, wie Benzin oder Strom, nicht zur Verfügung stehen oder erst erzeugt werden müssen. Brennbarer Stoff und Wasser – mehr Ressourcen benötigt man nicht zum Betreiben einer Dampfmaschine. Aber auch Solarenergie kann genutzt werden, um Wasserdampf zu erhitzen und eine solche Maschine anzutreiben. Als Generator und zum Antreiben von Lokomotiven hat sie sich bis heute bewährt. Durch schwindende Rohstoffe besteht die Möglichkeit, dass dampfbetriebene Maschinen in Zukunft wieder an Bedeutung gewinnen können.