Una turbina è un tipo di motore in grado di estrarre energia da un fluido, come acqua, vapore, aria o gas di combustione. Ha una serie di lame, tipicamente in acciaio ma talvolta in ceramica, che possono resistere a temperature più elevate. Il fluido va da un’estremità, spingendo le lame e facendole girare, quindi viene espulso dall’altra estremità. Il fluido lascia il motore con meno energia di quella che aveva in entrata: una parte della differenza viene catturata dalla turbina.
Le turbine sono al centro della civiltà, poiché praticamente ogni forma di energia elettrica è generata da esse. Quando le persone dicono energia dal carbone, energia nucleare, energia idrotermale, ecc., si riferiscono all’uso di una fonte di energia per agitare un gas che poi aziona le pale e genera energia. È uno dei tipi più comuni di motori, in cui un motore è definito semplicemente come qualcosa che prende un input e genera un output. Insieme ai motori termici e ai motori, le turbine costituiscono la stragrande maggioranza dei macchinari dinamici.
Le turbine a gas sono uno dei tipi più flessibili e vengono utilizzate per alimentare una varietà di macchine mobili al di sopra di una certa dimensione, i getti sono l’applicazione più famosa. Anche lo Space Shuttle ne usa uno per combinare il carburante a velocità incredibili. Poiché possono ruotare a velocità estreme, le turbine a gas consentono di racchiudere un’enorme quantità di energia in uno spazio relativamente piccolo. Un tipico motore di questo tipo funziona tra 3,000 e 10,000 giri/min e le varianti più piccole possono superare i 100,000 giri/min. Uno delle dimensioni di una scatola di fiammiferi di recente costruzione gira a 500,000 giri/min e genera 100 watt. Gli scienziati vogliono spingerli a funzionare a un milione di giri al minuto o più, ma renderlo possibile senza fondere l’assieme può essere complicato.
Per estrarre la massima efficienza dalle turbine, spesso sono concatenate tra loro. Questo può portare a livelli di efficienza del 60% o superiori, abbastanza sorprendenti nel mondo della termodinamica. Comprendere in dettaglio il funzionamento di questi motori è compito degli ingegneri meccanici, anche se chiunque lavori con le macchine probabilmente ha familiarità con le basi.