เทอร์โมอะคูสติก (thermoacoustics)เป็นการศึกษาที่เกี่ยวข้องกับพลังงานอะคูสติกและอุณหพลศาสตร์ หรือกล่าวอีกนัยหนึ่งได้เป็นการศึกษาการแปลงพลังงานจากรูปแบบหนึ่งไปเป็นพลังงานอีกรูปแบบหนึ่ง ระหว่างพลังงานอะคูสติกและพลังงานความร้อน เครื่องทำความเย็นเทอร์โมอะคูลติก (thermoacoustic refigerator)และเครื่องยนต์เทอร์โมอะคูสติก(thermoacoustic engine)
คลื่นอะคูสติกคืออะไร
คลื่นอะคูสติกเป็นคลื่นตามยาวที่เกิดขึ้นจากการสั่นของแหล่งกำเนิดแล้วเคลื่อนที่ผ่านตัวกลาง โดยทิศการเคลื่อนที่ของคลื่นอยู่ในแนวขนานกับทิศการสั่นของอนุภาคตัวกลาง ดังแสดงในรูปที่ 1 คลื่นเสียงเป็นตัวอย่างของคลื่นอะดูสติกที่มีความถี่ในช่วงที่หูมนุษย์ปกติสามารถได้ยินได้ ตำราหลายเล่มเรียกคลื่นอะคูสติกว่าคลื่นเสียง
หลักการทำงานของเครื่องยนต์เทอร์โมอะคูสติก
เมื่อนำชิ้นส่วนทั้งหมดมาประกอบเป็นเครื่องยนต์เทอร์โมอะคูสติกจะได้อุปกรณ์ดังรูปที่ 6
รูปที่ 6 เครื่องยนต์เทอร์โมอะคูสติก
เมื่อจุดตะเกียงอัลกอฮอล์ให้ความร้อนที่ปลายสแต็คต้านที่ติดกับโช้ค (รูปที่ 6) อากาศที่อยู่ภายในท่อจะร้อน และอุณหภูมิจะสูงขึ้น ความดันอากาศภายในท่อจะเพิ่มและดันลูกสูบให้เคลื่อนที่ออกไปเล็กน้อยเมื่อเริ่มต้นอุณหภูมิของปลายสแต็คจะยังไม่สูงพอ การแกว่งตัวของอากาศเพื่อรับความร้อนและคายความร้อนจะเป็นไปอย่างช้า ๆ ทำให้เกิดคลื่นที่มีความถี่ต่ำ และไม่มีกำลังพอที่จะทำให้เครื่องยนต์ทำงาน คลื่นที่เกิดจากการสั่นของโมเลกุลของอากาศในสเต็คเมื่อเคลื่อนที่ถึงโช้ค คลื่นบางส่วนจะสะท้อนกลับทำให้ภายในท่อกำทอนมีคลื่นอะคูสติกสองคลื่นที่มีความถี่เดียวกัน แต่เคลื่อนที่ในทิศทางตรงกันข้ามคลื่นจะแทรกสอดกันทำให้เกิดคลื่นนิ่งเมื่ออุณหภูมิของท่อและปลายสแต็คที่ตำแหน่งถูกเปลวไฟผาทำให้มีอุณหภูมิเพิ่มสูงจนทำให้ได้คลื่นที่มีความถี่มากจนมีกำลังพอที่จะทำให้ล้อตุนกำลังทำงาน เครื่องยนต์ก็จะเริ่มทำงานอย่างต่อเนื่อง ในบางครั้งอาจต้องใช้มือหมุนล้อตุนกำลังอย่างเบา ๆ เพื่อให้เครื่องยนต์เริ่มทำงาน ยิ่งอุณหภูมิเพิ่มสูงเครื่องยนต์ก็จะหมุนเร็วขึ้น และมีกำลังมากขึ้นตามไปด้วย
จากประสบการณ์การสร้างเครื่องยนต์เทอร์โมอะคูสติกของผู้เขียนปัญหาที่ทำให้เครื่องยนต์ไม่ทำงานมีหลายประการ เช่น มีรูรั่วตรงรอยต่อระหว่างท่อกำทอนกับโช้ค ชุดล้อตุนกำลังมีความเสียดทานมากเกินไปความร้อนจากตะเกียงอัลกอฮอล์แบบมีใส้ให้อุณภูมิไม่สูงพอที่จะทำให้เครื่องยนต์ทำงาน
เครื่องยนต์เทอร์โมอะคูสติกเป็นเครื่องยนต์ความร้อนที่ยังไม่เป็นที่รู้จักกันมากและยังอยู่ในช่วงการศึกษาวิจัยและพัฒนา แต่เป็นเครื่องยนต์ที่มีส่วนประกอบง่าย ” สามารถสร้างได้โดยใช้เครื่องมือและอุปกรณ์ที่มีอยู่ในโรงฝึกงาน ถ้าท่านผู้อ่านมีเวลา ลองสร้างดูเถิดครับรับรองได้ว่าจะเรียนรู้สิ่งที่ไม่ได้เขียนไว้ในที่นี้อีกมาก นอกเหนือจากความสุขที่ได้เห็นเครื่องยนต์ทำงานได้
ขอบคุณข้อมูล https://www.scimath.org/
