Энергией в физике называется способность физических тел, находящихся в определенных условиях, двигаться, приводить в движение, производить работу. Эту способность физических тел используют в технике при помощи особых машин — двигателей. Они превращают любой вид энергии в механическую работу, в движение.
По виду используемой энергии двигатели разделяются на первичные и вторичные. Первичные используют непосредственно энергию природы: тепло горения топлива, движение воды, ветер. Вторичные работают на энергии, выработанной другими машинами (генераторами) из энергии природы. Они предназначены для более удобного распределения и использования энергии. Наиболее распространенные вторичные двигатели — электрические. Для их работы необходимы электрические генераторы, которые приводятся в движение первичными тепловыми или гидравлическими двигателями.
По видам используемой энергии двигатели делятся на следующие группы:
| Энергия | Двигатели | |
| первичные | вторичные | |
| Тепловая | Паровые машины Паровые турбины Двигатели внутреннего сгорания Газовые турбины | — |
| Гидравлическая | Гидравлические турбины | Гидравлические |
| Ветровая | Ветродвигатели | — |
| Электрическая | — | Электрические |
| Энергия сжатого воздуха | — | Пневматические |
| Ядерная энергия | Двигателя пока нет. В ядерных энергетических установках тепло атомной реакции используют для работы тепловых двигателей |
История возникновения двигателя
С древнейших времен люди нуждались в двигательной силе, или в двигателях, которые бы приводили в действие приспособления для подачи воды на поля, вращали жернова, моловшие зерно, и т. д. В странах Древнего Востока, в Древнем Египте, Индии для этой цели использовали животных и рабов.
На смену живым двигателям пришло водяное колесо — два диска на одном валу, между которыми помещались плоские дощечки — лопасти. Поток воды в реке давил на лопасти и поворачивал колесо, а через его вал движение передавалось, например, жерновам. В средние века водяные колеса приводили в действие прядильные и ткацкие станки.
В VII в. персы изобрели мельницу с крыльями. С появлением мельниц началась история ветряных двигателей (см. Ветроэнергетическая установка), использовавшихся для того, чтобы молоть зерно, качать воду. На многих картинах средневековых художников и в книгах вы можете увидеть изображения ветряных мельниц и их описание.
Водяные колеса и ветряные двигатели вплоть до XVII в. оставались единственными типами двигателей. В конце XVII — начале XVIII в. во Франции, Англии, Швеции и других странах делались неоднократные попытки использовать энергию пара — создать паровой двигатель.
Пригодным для практических целей (хотя и не получившим распространения) был паровой двигатель, созданный в 1763 г. русским механиком И. И. Ползу новым.
В 1784 г. английский механик Дж. Уатт изобрел универсальный по своему техническому применению двигатель — паровую машину. Главная ее часть — цилиндр, с обоих концов закрытый крышками. Внутрь цилиндра помещен поршень. Пар давит на поршень поочередно то справа, то слева и перемещает его от одной крышки цилиндра к другой. Одним концом поршень соединен со штоком (стержнем), пропущенным сквозь одну из крышек цилиндра. Через него движение поршня передается наружу, к рабочим органам машины. Изобретение универсального парового двигателя позволило усовершенствовать многие рабочие машины, создало предпосылки, для механизации производства.
В о второй половине XIX в. появились два новых типа двигателей: паровая турбина и двигатель внутреннего сгорания.
Первые паровые турбины внешне имели много общего с водяными колесами, только на их лопасти давила не вода, а пар. По мере развития и совершенствования паровые турбины стали в наше время основными двигателями на теплоэлектростанциях. А на смену водяным колесам пришли гидротурбины, которые приводят в действие генераторы тока на гидроэлектростанциях.
Как и в паровой машине, в двигателях внутреннего сгорания главная часть — цилиндр с поршнем, но на поршень давит не пар, а раскаленный сжатый газ, образовавшийся в результате сжигания топлива внутри цилиндра (отсюда и название двигателя). В качестве горючего используются бензин, нефть и специальные горючие смеси. Двигатели внутреннего сгорания, работающие по принципу самовоспламенения топлива в цилиндре, называются дизельными, или дизелями, — по имени их изобретателя — немецкого инженера Р. Дизеля.
Важнейшим этапом в развитии энергетической базы промышленного производства явилось изобретение и применение электрических двигателей. Принцип действия всех электродвигателей основан на следующем физическом явлении: проводник, по которому течет электрический1 ток, будучи помещен между магнитными полями, создаваемыми током, движется поперек силовых линий магнитного ПОЛЯ. Электродвигатели проще и надежнее всех других двигателей, они всегда готовы к работе, могут управляться на расстоянии, позволяют значительно улучшить эксплуатационные характеристики рабочих машин. Электродвигатели сделали возможным создание современных высокопроизводительных машин, агрегатных станков, автоматических линий, заводов-автоматов. Благодаря им появились удобный электрифицированный инструмент, разнообразные машины и приборы, помогающие человеку в быту (швейные и стиральные машины, холодильники, электробритвы и т. д.). С 70-х гг. XX в. в разных странах ведутся работы по изучению возможности использовать электродвигатель в качестве двигателя автомобиля, так как он не загрязняет окружающую среду.