Uppfinnandet av ångmaskiner var en vändpunkt i mänsklighetens historia. Någonstans vid sekelskiftet 1600- och 1700-talet började ineffektivt manuellt arbete, vattenhjul och väderkvarnar ersättas med helt nya och unika mekanismer - ångmaskiner. Det är tack vare dem som de tekniska och industriella revolutionerna och mänsklighetens hela framsteg blev möjliga.
Men vem uppfann ångmaskinen? Vem är mänskligheten skyldig detta? Och när var det? Vi kommer att försöka hitta svar på alla dessa frågor.
Även före vår tideräkning
Historien om skapandet av en ångmaskin börjar under de första århundradena f. Kr. Hero of Alexandria beskrev en mekanism som bara började fungera när den utsattes för ånga. Anordningen var en kula på vilken munstycken var fixerade. Ånga kom ut tangentiellt från munstyckena, vilket fick motorn att rotera. Det var den första enheten som drevs av ett par.
Skaparen av ångmaskinen (mer exakt turbinen) är Tagi-al-Dinome (arabisk filosof, ingenjör och astronom). Hans uppfinning blev allmänt känd iEgypten på 1500-talet. Mekanismen var anordnad enligt följande: ångströmmar riktades direkt till mekanismen med blad, och när röken föll roterade bladen. Något liknande föreslogs 1629 av den italienske ingenjören Giovanni Branca. Den största nackdelen med alla dessa uppfinningar var för mycket ångförbrukning, vilket i sin tur krävde en enorm mängd energi och inte var tillrådligt. Utvecklingen avbröts, eftersom mänsklighetens dåvarande vetenskapliga och tekniska kunskap inte var tillräcklig. Dessutom fanns det inget behov av sådana uppfinningar alls.
Utvecklingar
Fram till 1600-talet var det omöjligt att skapa en ångmaskin. Men så snart ribban för nivån på mänsklig utveckling skjutit i höjden dök de första kopiorna och uppfinningarna omedelbart upp. Även om ingen tog dem på allvar vid den tiden. Så till exempel, 1663, publicerade en engelsk vetenskapsman i pressen ett utkast till sin uppfinning, som han installerade i Raglan Castle. Hans anordning tjänade till att höja vatten på tornens väggar. Men som allt nytt och okänt accepterades detta projekt med tvivel, och det fanns inga sponsorer för dess vidare utveckling.
Historien bakom skapandet av en ångmaskin börjar med uppfinningen av en ång-atmosfärisk motor. År 1681 uppfann den franske forskaren Denis Papin en anordning som pumpade ut vatten ur gruvor. Till en början användes krut som drivkraft och sedan ersattes det med vattenånga. Så här föddes ångmaskinen. Ett enormt bidrag till förbättringen gjordes av forskare från England, Thomas Newcomen och Thomas Severen. Den ryske självlärde uppfinnaren Ivan Polzunov gav också ovärderlig hjälp.
Papins misslyckade försök
Den ångatmosfäriska maskinen, långt ifrån perfekt på den tiden, väckte särskild uppmärksamhet inom varvsindustrin. D. Papin spenderade sina sista besparingar på att köpa ett litet fartyg, på vilket han började installera en vattenlyftande ång-atmosfärisk maskin av egen tillverkning. Verkningsmekanismen var att vattnet, när det föll från en höjd, började rotera hjulen.
Uppfinnaren genomförde sina tester 1707 på floden Fulda. Många människor samlades för att titta på ett mirakel: ett skepp som rörde sig längs floden utan segel och åror. Men under testerna inträffade en katastrof: motorn exploderade och flera människor dog. Myndigheterna blev arga på den olyckliga uppfinnaren och förbjöd honom från allt arbete och projekt. Fartyget konfiskerades och förstördes, och några år senare dog Papin själv.
Error
Papens ångbåt hade följande funktionsprincip. I botten av cylindern var det nödvändigt att hälla en liten mängd vatten. En brazier var placerad under själva cylindern, som tjänade till att värma vätskan. När vattnet började koka, höjde den resulterande ångan, expanderande, kolven. Luft drevs ut från utrymmet ovanför kolven genom en specialutrustad ventil. Efter att vattnet kokade och ånga började falla var det nödvändigt att ta bort braziern, stänga ventilen för att avlägsna luft och kyla cylinderns väggar med kallt vatten. Tack vare sådana åtgärder kondenserade ångan som fanns i cylindern och bildades under kolvensällsynthet, och på grund av kraften från atmosfärstrycket återvände kolven till sin ursprungliga plats. Under dess nedåtgående rörelse gjordes nyttigt arbete. Effektiviteten i Papens ångmaskin var dock negativ. Ångarens motor var extremt oekonomisk. Och viktigast av allt, det var för komplicerat och obekvämt att använda. Därför hade Papens uppfinning ingen framtid från första början.
Följare
Men historien om skapandet av ångmaskinen slutade inte där. Nästa, redan mycket mer framgångsrik än Papen, var den engelske vetenskapsmannen Thomas Newcomen. Han studerade sina föregångares arbete under lång tid och fokuserade på svagheter. Och med det bästa av deras arbete skapade han sin egen apparat 1712. Den nya ångmaskinen (bilden visas) designades enligt följande: en cylinder användes, som var i vertik alt läge, såväl som en kolv. Denna Newcomen hämtade från Papins verk. Ånga bildades dock redan i en annan panna. Hela huden fixerades runt kolven, vilket avsevärt ökade tätheten inuti ångcylindern. Denna maskin var också ång-atmosfärisk (vatten steg från gruvan med hjälp av atmosfärstryck). De största nackdelarna med uppfinningen var dess skrymmande och ineffektivitet: maskinen "åt" en enorm mängd kol. Men det gav mycket fler fördelar än uppfinningen av Papen. Därför har den använts i fängelsehålor och gruvor i nästan femtio år. Den användes för att pumpa ut grundvatten, samt för att torka fartyg. Thomas Newcomen försökte konvertera sin bilså att den kan användas för trafik. Men alla hans försök misslyckades.
Nästa vetenskapsman som tillkännagav sig själv var D. Hull från England. År 1736 presenterade han sin uppfinning för världen: en ång-atmosfärisk maskin, som hade skovelhjul som rörelse. Hans utveckling var mer framgångsrik än Papins. Omedelbart släpptes flera sådana fartyg. De användes främst för att bogsera pråmar, fartyg och andra fartyg. Tillförlitligheten hos den ångatmosfäriska maskinen väckte dock inte förtroende, och fartygen var utrustade med segel som huvuddragare.
Och även om Hull hade mer tur än Papin förlorade hans uppfinningar gradvis relevans och övergavs. Ändå hade den tidens ång-atmosfäriska maskiner många specifika brister.
Historien om ångmaskinen i Ryssland
Nästa genombrott skedde i det ryska imperiet. År 1766 skapades den första ångmaskinen vid en metallurgisk anläggning i Barnaul, som tillförde luft till smältugnarna med hjälp av speciella blåsbälgar. Dess skapare var Ivan Ivanovich Polzunov, som till och med fick en officersgrad för tjänster till sitt hemland. Uppfinnaren gav sina överordnade ritningar och planer för en "brandmaskin" som kan driva bälgar.
Ödet skämtade dock ett grymt skämt med Polzunov: sju år efter att hans projekt accepterades och bilen monterades, blev han sjuk och dog av konsumtion - bara en vecka innan hans tester börjademotor. Men hans instruktioner räckte för att starta motorn.
Så, den 7 augusti 1766, sjösattes Polzunovs ångmaskin och belastades. Men i november samma år gick det sönder. Anledningen visade sig vara för tunna väggar i pannan, inte avsedda för laddning. Dessutom skrev uppfinnaren i sina instruktioner att denna panna endast kan användas under testning. Tillverkningen av en ny panna skulle lätt löna sig, eftersom effektiviteten hos Polzunovs ångmaskin var positiv. För 1023 timmars arbete smältes mer än 14 pund silver med dess hjälp!
Men trots detta började ingen reparera mekanismen. Polzunovs ångmaskin samlade damm i mer än 15 år i ett lager, medan industrins värld inte stod stilla och utvecklades. Och sedan var den helt nedmonterad för delar. Tydligen hade Ryssland vid det ögonblicket ännu inte vuxit upp till ångmaskiner.
Tidens krav
Under tiden stod inte livet stilla. Och mänskligheten tänkte ständigt på att skapa en mekanism som skulle göra det möjligt att inte vara beroende av den nyckfulla naturen, utan att kontrollera ödet självt. Alla ville överge seglet så snart som möjligt. Därför hängde frågan om att skapa en ångmekanism ständigt i luften. År 1753 utlystes en tävling bland hantverkare, vetenskapsmän och uppfinnare i Paris. Vetenskapsakademin tillkännagav ett pris till dem som kan skapa en mekanism som kan ersätta vindens kraft. Men trots att sådana hjärnor som L. Euler, D. Bernoulli, Canton de Lacroix och andra deltog i tävlingen var det ingen som kom med ett vettigt förslag.
Åren gick. Och den industriella revolutionenomfattade fler och fler länder. Överlägsenhet och ledarskap bland andra makter gick undantagslöst till England. I slutet av 1700-talet var det Storbritannien som blev skaparen av storskalig industri, tack vare vilken det vann titeln världsmonopol i denna industri. Frågan om en mekanisk motor för varje dag blev mer och mer aktuell. Och en sådan motor skapades.
Världens första ångmaskin
1784 markerade en vändpunkt i den industriella revolutionen för England och världen. Och ansvarig för detta var den engelske mekanikern James Watt. Ångmaskinen han skapade var århundradets största upptäckt.
James Watt har under flera år studerat ritningar, struktur och funktionsprinciper för ång-atmosfäriska maskiner. Och på grundval av allt detta drog han slutsatsen att för motorns effektivitet är det nödvändigt att utjämna temperaturen på vattnet i cylindern och ångan som kommer in i mekanismen. Den största nackdelen med ånga-atmosfäriska maskiner var det ständiga behovet av att kyla cylindern med vatten. Det var dyrt och obekvämt.
Den nya ångmaskinen designades annorlunda. Så cylindern var innesluten i en speciell ångmantel. Därmed uppnådde Watt sitt konstanta upphettade tillstånd. Uppfinnaren skapade ett speciellt kärl nedsänkt i kallt vatten (kondensor). En cylinder var fäst vid den med ett rör. När ångan var uttömd i cylindern kom den in i kondensorn genom ett rör och blev där tillbaka till vatten. Under arbetet med att förbättra sin maskin, Wattskapade ett vakuum i kondensatorn. Således kondenserade all ånga som kommer från cylindern i den. Tack vare denna innovation ökades ångexpansionsprocessen kraftigt, vilket i sin tur gjorde det möjligt att utvinna mycket mer energi från samma mängd ånga. Det var kronan på verket.
Skaparen av ångmaskinen ändrade också principen för lufttillförsel. Nu föll ångan först under kolven och höjde den därigenom och samlades sedan ovanför kolven och sänkte den. Således blev båda kolvens slag i mekanismen att fungera, vilket inte ens var möjligt tidigare. Och förbrukningen av kol per hästkraft var fyra gånger mindre än för respektive ång-atmosfäriska maskiner, vilket var vad James Watt försökte uppnå. Ångmaskinen erövrade mycket snabbt först Storbritannien och sedan hela världen.
Charlotte Dundas
Efter att hela världen blev förvånad över uppfinningen av James Watt började den utbredda användningen av ångmaskiner. Så 1802 dök det första fartyget för ett par upp i England - Charlotte Dundas-båten. Dess skapare är William Symington. Båten användes som bogserpråmar längs kanalen. Rollen som flyttaren på fartyget spelades av ett skovelhjul monterat på aktern. Båten klarade testerna med framgång första gången: den bogserade två enorma pråmar 18 miles på sex timmar. Samtidigt störde motvinden honom kraftigt. Men han gjorde det.
Och ändå lades den på is, eftersom de fruktade att på grund av de starka vågorna som skapades under skovelhjulet skulle kanalens stränder sköljas ut. Förresten, påCharlotte testades av en man som hela världen idag betraktar som skaparen av det första ångfartyget.
Det första ångfartyget i världen
Engelske skeppsbyggaren Robert Fulton drömde om ett ångdrivet fartyg från sin ungdom. Och nu har hans dröm gått i uppfyllelse. När allt kommer omkring var uppfinningen av ångmaskiner en ny drivkraft inom skeppsbyggandet. Tillsammans med sändebudet från Amerika, R. Livingston, som tog över den materiella sidan av frågan, tog Fulton upp projektet med ett fartyg med ångmaskin. Det var en komplex uppfinning baserad på idén om en åraförare. Längs sidorna av fartyget sträckte sig i en rad plattor som imiterade många åror. Samtidigt störde plattorna då och då varandra och gick sönder. Idag kan vi enkelt säga att samma effekt skulle kunna uppnås med bara tre eller fyra brickor. Men ur dåtidens vetenskap och teknik var det orealistiskt att se detta. Därför hade varvsbyggarna det mycket svårare.
År 1803 introducerades Fultons uppfinning för världen. Ångaren rörde sig långsamt och jämnt längs Seine och slog i sinnen och fantasi hos många vetenskapsmän och figurer i Paris. Napoleons regering avvisade dock projektet, och de missnöjda skeppsbyggarna tvingades söka sin lycka i Amerika.
Och i augusti 1807 gick världens första ångbåt kallad Claremont, i vilken den mest kraftfulla ångmaskinen var inblandad (bilden visas), längs Hudson Bay. Många trodde helt enkelt inte på framgång.
The Clermont gav sig av på sin jungfruresa utan last och utan passagerare. Ingen ville gå tillresa ombord på ett eldsprutande fartyg. Men redan på vägen tillbaka dök den första passageraren upp - en lokal bonde som betalade sex dollar för en biljett. Han blev den första passageraren i rederiets historia. Fulton blev så rörd att han gav våghalsen en livstids gratis åktur på alla sina uppfinningar.
