От жара к движению колёс
В топке сгорает уголь, а горячие газы проходят по трубам внутри котла и нагревают окружающую их воду. Вода превращается в пар; в замкнутом котле он накапливается под давлением — выше атмосферного. Именно разница давлений позволяет пару совершать механическую работу.
Паровой механизм не просто выпускает пар на поршень непрерывной струёй. Клапанный механизм поочерёдно направляет его то в одну, то в другую сторону цилиндра. Пар давит на поршень, тот движется взад-вперёд, а шток соединяет его с ведущими колёсами. Кривошип — рычажное соединение на колесе — превращает прямолинейный ход поршня во вращение. Несколько колёс связаны тягами, поэтому они движутся согласованно.
Почему паровой цикл поддерживает сам себя
Отработавший пар выходит через дымовую трубу. Его выхлоп усиливает тягу: воздух активнее проходит через топку, уголь горит интенсивнее, и котёл получает больше тепла. Так скорость работы механизма связана с горением: чтобы вырабатывать больше пара, нужно поддерживать огонь и подачу воды.
Но давление само по себе ещё не гарантирует равномерного хода. Клапаны должны подавать пар в нужный момент, а тяжёлые колёса и тяги помогают сгладить чередование толчков. В результате химическая энергия угля проходит длинную цепочку превращений: сначала становится теплом, затем давлением пара, движением поршней и, наконец, вращением колёс.
