thumb|upright=1.5|Locomotivă cu ecartament îngust, expusă la intrarea în orașul Orăștie thumb|upright=1.5|Locomotive cu abur celebre într-o ilustrație din Brockhaus and Efron Encyclopedic Dictionary (1890-1907)
Locomotiva cu abur este o locomotivă propulsată cu ajutorul forței aburului. În varianta clasică, prin arderea unui combustibil fosil este încălzită apa dintr-un cazan, fiind generat abur care împinge un piston, antrenând un dispozitiv bielă-manivelă conectat la roțile locomotivei. Pe lângă aceasta, au mai existat anumite variante de locomotive cu abur, precum cele fără focar, cele electrice și locomotivele cu turbină.
Motorul cu abur a fost folosit pe scară largă pentru locomotive timp de mai bine de o sută de ani, de la inventarea acestora la începutul secolului al XIX-lea, până la mijlocul secolului al XX-lea, acest mod de transport reprezentând baza dezvoltării comerțului și transportului internațional în acea perioadă.Coatsworth, John H. "Indispensable Railroads in a Backward Economy: The Case of Mexico," Journal of Economic History (1979) 39#4 paginile. 939–960 la JSTOR În această perioadă au fost realizate anumite progrese în ce privește eficiența acestor motoare, dar insuficiente pentru a putea face față progreselor aduse de motoarele diesel și electrice.
În a doua jumătate a secolului trecut, locomotivele cu abur au fost gradual înlocuite cu tehnologia diesel și mai apoi și cu locomotive electrice datorită eficienței lor relativ reduse și din cauza cheltuielilor mari de exploatare, întreținere și reparații. Începând cu ultimul sfert al secolului al XX-lea, construcția de locomotive cu abur a devenit o excepție. Ele continuă însă să fie folosite într-o anumită măsură pe linii istorice și foarte rar pe linii industriale în anumite țări ale lumii.
Începutul
thumb|200px|right|Locomotiva lui Trevithick Înainte de a se ajunge la locomotiva cu abur au fost necesari doi pași importanți: îmbunătățirea substanțială a motorului cu abur de către inventatorul James Watt și construirea unei mașini cu abur de inventatorul francez Nicolas-Joseph Cugnot.
Primele căi ferate erau folosite la transportul mărfurilor pe șine de lemn. Înainte de inventarea locomotivei era folosită în acest scop tracțiunea animală. Tracțiunea animală s-a dovedit necorespunzătoare și, în căutarea unei alternative, a apărut prima locomotivă propulsată cu ajutorul puterii aburului. Un prim model funcțional a fost creat și construit de pionierul vapoarelor cu abur John Fitch în anii 1780 sau 1790. Mașinăria sa folosea zbaturi și era doar ghidată pe șine. Totuși, se consideră că prima locomotivă demnă de acest nume a fost construită de Richard Trevithick în 1804. Mai apoi, în 1829, inventatorul George Stephenson inaugurează locomotiva sa Racheta () care este considerată prima locomotivă rentabilă. Racheta a fost prima locomotivă folosită pentru transportul de persoane între două orașe (Liverpool și Manchester).
În România, prima locomotivă cu abur a fost construită în anul 1872 la Reșița, pe atunci în componența Austro-Ungariei. Locomotiva avea ecartament îngust (948 mm), a fost construită după proiectul lui John Haswell și denumită Reșița 2.Primele locomotive din România . www.cfr.ro
Construcție Componente thumb|upright=30|center|Componentele locomotivei cu abur: 1. Focar; 2. Cenușar (cutia cu cenușă); 3. Cazan; 4. Cutie de fum; 5. Cabina mecanicului; 6. Tender (pentru cărbune și apă); 7. Dom de abur; 8. Supapă de siguranță; 9. Regulator; 10. Supraîncălzitor; 11. Piston; 12. Galerie de evacuare a aburului; 13. Mecanismul de distribuție; 14. Pârghia fluturelui; 15. Cadrul locomotivei; 16. Boghiu posterior; 17. Boghiu anterior; 18. Suportul osiei; 19. Suspensie cu arc cu foi; 20. Sabot de frână; 21. Pompă de aer; 22. Tampon și cuplă; 23. Fluier cu abur; 24. Dom cu nisip. Cel mai simplu model de locomotivă cu abur are în componență un cazan încălzit prin arderea unui combustibil fosil (în general cărbune).Pambour, p. 3 Vaporii de apă sub presiune sunt colectați și apoi dirijați spre piston. Presiunea exercitată pe suprafața pistonului determină mișcarea bielei ce leagă pistonul de roată. Astfel mișcarea liniară a pistonului se transformă în mișcare circulară a roții.
thumb|upright=0.5|left|Cazan cu supraîncălzitor Cazanul O locomotivă cu abur tipică este prevăzută cu un cazan care are cutia de foc în spate. În partea frontală a cazanului este cutia de fum iar din această cameră fumul iese prin coșul de fum. Aburul este colectat din partea superioară a cazanului și distribuit în cilindri.Pambour, p. 4-7
thumb|upright=0.5|left|Secțiune prin cilindri Cilindrii Aburul trece prin sertar și pătrunde în cilindri. Pistoanele acționează roțile motoare direct printr-o bielă articulată la un cap de cruce.Bell, p. 386 Momentele deschiderii și închiderii luminilor (ferestrelor) de către sertar sunt comandate prin intermediul unor tije. Pistoanele sunt cu dublu efect (sunt acționate alternativ pe ambele fețe) iar în cazul locomotivelor cu două pistoane, situate în părțile laterale, pistoanele lucrează defazate la 90°.Pambour, p. 7-9
thumb|upright=0.5|left|Sistemul de transmisie Transmisia Majoritatea locomotivelor cu abur erau lipsite de cutie de viteze, astfel sistemul de transmisie este foarte simplu. Biela era articulată la capul de cruce atașat tijei pistonului și acționa direct osia cu roata motoare.Bell, p. 230 În cazul în care există mai multe perechi de roți motoare, biela pistonului punea în mișcare bielele de cuplare care acționau celelalte osii cu roți motoare.Pambour, p. 9-14
Componente secundare thumb|upright=0.5|left|Injector cu abur Pompe cu abur și injectoare Apa din cazan este sub presiune; pentru compensarea apei ce a fost consumată fără a reduce presiunea (și implicit puterea dezvoltată de motor) este nevoie de apă sub presiune. Vechile cazane foloseau în acest scop pompe acționate de pistoane.Bell, p. 267 Mai târziu injectoarele cu abur și turbopompele au înlocuit pompele clasice. Nivelul apei din cazan putea fi observat cu ajutorul unor sticle de nivel.
thumb|upright=0.5|left|Motor auxiliar Motor auxiliar În Statele Unite (și mai rar în Australia și Regatul Unit), locomotivele erau uneori dotate cu un motor cu abur auxiliar. Acest motor era folosit doar la viteze reduse (mai ales la demaraj) pentru a acționa roțile posterioare ale locomotivei, iar apoi, la o anumită viteză, era oprit automat.Brevetul US 1981181 A Motoarele auxiliare erau construite cu doi cilindri și se cuplau la o singură osie, dezvoltând o putere de aproximativ 300 CP.Franklin C2 Booster engine
thumb|upright=0.5|left|Tampon
Altele thumb|upright=0.5|left|Grătarul locomotivei John Bull Forța de tracțiune la cârlig necesară tractării vagoanelor este transmisă de sistemul de cuplare, iar forța de împingere apărută la frânare este absorbită de tampoane.Buffer, p. 368 Tampoanele contribuie și la absorbirea impacturilor minore.
Locomotivele cu abur erau dotate în partea din față cu un grătar, rolul acestuia fiind de a înlătura potențiale obiecte aflate pe șine. În acest fel se evitau avariile sau deraierea locomotivei, care, din pricina greutății avea o distanță de frânare foarte mare. În America de Nord, Australia și Africa de Sud aceste grătare erau construite mult mai mari și solide deoarece în aceste regiuni trenurile parcurgeau distanțe mari în zone sălbatice și întâlneau animale masive (ex. bizonul în America de Nord) și alte probleme cauzate de fauna indigenă.
Când locomotivele au început a fi folosite și pe timp de noapte a fost necesară echiparea acestora cu faruri. “The locomotive headlamp”, Railway Employees Journal, April 1962, pg. 8-9 La început au fost folosite lămpi cu petrol sau acetilenă, dar imediat ce luminile electrice au fost disponibile lămpile au fost înlocuite cu cele din urmă. În Marea Britanie luminile nu erau folosite pentru iluminare ci pentru a indica clasa trenului. Combinațiile a patru lumini erau folosite pentru codificarea clasei.
Clopotele și fluierele de abur au fost folosite încă din primele zile ale locomotivelor. Acestea erau în general folosite pentru a avertiza de apropierea unui tren în mișcare. În Marea Britanie, prin lege, căile ferate aveau gard de siguranță, astfel încât sistemele de avertizare sonoră erau obligatorii doar pentru trenurile care circulau pe drumuri (de exemplu în docuri sau în orașe).
Echipaj Locomotiva este condusă din spatele cazanului, iar echipajul este protejat de o cabină, numită marchiză. În mod normal este nevoie de un echipaj de cel puțin două persoane pentru a opera o locomotivă cu abur: mecanicul este responsabil de accelerarea, frânarea și viteza trenului, iar fochistul este responsabil de menținerea focului, a presiunii și monitorizarea apei din cazan și tender. Înainte de apariția frânelor automate exista și un alt treilea membru al echipajului de pe locomotivă, frânarul.
Soluții tehnice thumb|300px|right|Schema animată de funcționare a motorului cu abur al locomotivei: 1. balansoar; 2. manivelă (are rolul de a defaza sertarul cu un sfert de ciclu față de manivela atașată roții motoare); 3. tija ce acționează sertarul; 4. tija transversală (îmbunătățește sincronizarea sertarului); 5. pivot (ce conectează tija principală de tija transversală); 6. cilindrul sertarului; 7. cilindrul principal; 8. tija de reglare (acționată de mecanic) thumb|250px|right|Funcționarea sertarului: 1. supapa din stânga 2. supapa din dreapta 3. bielă 4. cilindrul sertarului
thumb|200px|left|Cazan cu supraîncălzire: a se observa cum țevile se întorc pe același traseu
Focar cu încărcare mecanică Puterea unei locomotive depinde și de debitul de combustibil cu care este alimentată.Pambour, p. 33 De obicei fochistul avea sarcina alimentării, folosindu-se de o lopată cu care azvârlea cărbunii în focar. Cu timpul însă, și-au făcut apariția locomotive tot mai masive și fochistul nu mai putea ține pasul cu debitul de combustibil necesar. Din această cauză multe locomotive au fost dotate cu focar cu încărcare mecanică.Bell, p. 292 Relevant în acest sens este exemplul locomotivei "Big Boy" de la Union Pacific care înghițea 22 de tone de cărbune pe oră, iar la viteza maximă, 50 de tone de apă.N. Harris, J. Turner și Clair Aston Orpheus Books Ltd (1999): Deținători de recorduri. Grupul editorial RAO.
Supraîncălzirea Locomotivele secolului al XIX-lea foloseau abur saturat, iar primele locomotive cu abur supraîncălzit au fost construite la începutul anilor 1900, folosind presiuni de peste 14 at.Llewellyn, p. 65 În momentul în care a fost descoperită această nouă tehnologie locomotivele aproape că își atingeau limitele maxime posibile cu abur saturat. Unii specialiști cum ar fi F.M. Swengel susțin că nicio altă inovație tehnologică nu a egalat tehnologia supraîncălzirii cu privire la înlăturarea limitărilor modelului de motor cu abur.Swengel, p. 127-159
Metoda uzuală pentru supraîncălzire consta în trecerea aburului saturat din cazan prin țevile supraîncălzitorului. Aceste țevi erau și ele încălzite de gazele de ardere, astfel temperatura aburului era ridicată cu 55 până la 85. În acest fel randamentul motorului creștea cu 10–15 %.
Totuși, randamentul s-a dovedit a nu fi direct proporțional cu temperatura, ca urmare creșterea prea mare a temperaturii nu era utilă. În ultimii ani ai locomotivelor cu abur temperatura aburului varia în jur de 315 °C iar unele locomotive erau dotate cu termometru pentru controlul acestei temperaturi. Depășirea temperaturii de siguranță ducea câteodată la explozia cazanului și accidente grave.
Preîncălzirea apei de alimentare