Как паровые двигатели изменили мир?

Паровые двигатели способствовали продвижению в транспорте и торговле, управляя пароходами и локомотивами, перевозящими людей и грузы. Паровые двигатели сыграли большую роль в содействии становлению Великобритании в качестве мировой державы в XIX веке. Эти двигатели оказались мощными и надежными; в результате они помогли Британии расширить свою экономику и заняться перемещением людей и продуктов на большие расстояния.

Хотя современный паровой двигатель появился около 1800 года, инженеры и изобретатели со всего мира создали более ранние модели. Первый паровой двигатель появился в I веке A.D .; историки кредитуют александрийских инженеров этим изобретением. Однако технология паровых двигателей оказалась недостаточной до 17-го века для обеспечения значительного количества энергии. В 1800 году британские инженеры и ученые, включая Мэтью Боултона, значительно улучшили мощность и долговечность паровых двигателей.

Паровые двигатели впервые широко использовали наземную транспортировку в начале 1800-х годов и для транспортировки воды в течение 1820-х годов. Они появились сначала в пароходах примерно в 1802 году, помогая владеть лодками из Англии и Шотландии через Атлантику.

Паровые двигатели оснащали пассажирские и грузовые поезда в течение 1820-х годов. В свою очередь, Англия расширила свой экономический результат, поскольку товары достигли назначения как внутри, так и за пределами Англии гораздо быстрее. Поезда с паровым двигателем вызвали желание путешествовать и позволили людям посетить новые направления.

10 открытий человечества

Здесь перечислены некоторые из великих открытий человечества, начиная с 1742 г (вакцинация), которые не только повлияли на историю, но и кардинально изменили жизнь людей на Земле.

10. Анестезия, 1842

Хотя уже с давних времен человеку были известны вещества, снимающие боль, в хирургии они стали использоваться только с 19 в. До этого операции проводились мясниками и другими того же рода, которые старались сделать все как можно скорее, при этом пациент находился в сознании (хотя и накаченный алкоголем, чтобы уменьшить боль). Он мог биться, кричать и часто умирал от потери крови. Традиционно, несколько людей держали оперируемого, пока «хирург» отрезал поврежденную конечность, затем рану быстро заливали смолой, чтобы остановить кровотечение. Часто дело заканчивалось смертью. Использование анестезии позволило докторам тщательнее делать свою работу и понять, как остановить кровотечение более осторожно, а также проводить очень сложные и деликатные операции. Теперь даже в неразвитых странах делают операции на глазах, хотя раньше об этом даже и думать не могли.

9. Пенициллин, 1928

В 1928 г Александр Флеминг показал, что гриб Penicillium notatum можно вырастить особым способом, чтобы он выделял вещество под названием пенициллин. У этого вещества была способность убивать многие болезнетворные бактерии, особенно сифилис. Фактически, раньше люди использовали похожие грибы для лечения болезней, но никогда к этому вопросу не подходили с систематической, научной точки зрения. Впервые же многие виды неизлечимых болезней можно было победить. Сегодня мы используем антибиотики, являющиеся современными «потомками» далекого открытия.

8. Зеленая революция, 1940-е — 1970-е гг

На земле нет бесконечных пахотных полей, с неиссякаемыми источниками пищи. До 1940х гг это стало ясно во многих странах, когда голод стал обычным явлением. Отец Зеленой революции, доктор Норман Борлоуг, изучал генетику растений и вывел множество высокоэффективных сортов пшеницы. Следом стали улучшать сорта риса и других продуктов питания. Производство зерновых в Индии и Африке удвоилось, а голод перестал быть частью жизни людей. Благодаря доктору Борлоугу, нобелевскому лауреату, сегодня на земле могут прокормиться еще более миллиарда людей. Возможно, никто, кроме Борлоуга, не спас сразу столько жизней.

7. Паровая машина, 1750

Хотя у паровой машины история в несколько тысяч лет, она не использовалась широко до начала промышленной революции. Так началась новая эра массового производства и перевозки товаров, благодаря распространению двигателей. Это первый двигатель, который использовали почти во всем мире, и сегодня он все еще является главным источником энергии на земле: 90 % всей электроэнергии в мире получают из пара. С появлением парового двигателя возник и капитализм. Электрический свет, поездки на кораблях и поездах, горное дело, текстиль, химикаты и производство стекла – все это перешло на новый уровень. Сегодня даже те, кто живут без электричества, используют продукты, сделанные при помощи энергии пара.

6. Ископаемое топливо, 5000 лет назад

Ископаемое топливо использовалось древними цивилизациями для разных целей, но раньше никогда оно не приобретало широкого масштаба. В Средние века кузнецы и металлисты стали усиленно добывать уголь, который широко использовался на заре промышленной революции. Ископаемое топливо было тесно связано с паровой машиной и являлось богатым источником энергии. Уголь — это самое распространенное топливо на планете, хотя используются и другие виды, как, например, нефть и газ. Когда нужно большое количество топлива, ископаемое топливо ценится за экономичность и меньшие растраты.

5. Автомобиль, 1885

Использование энергии пара и широкое распространение больших транспортных средств, как поезда и корабли, дали толчок к появлению более деликатных машин. Личное средство передвижения было мечтой многих. Появлялись некоторые прототипы, но из-за различных проблем они так и не получили распространения. Когда был разработан двигатель внутреннего сгорания, он стал применяться для автомобилей. Технологии развивались, но не достигали большого успеха, пока в 1885 г Карл Бенц не создал первый современный автомобиль. Постепенно стала видна польза от этих машин, и их производство росло. Сегодня на дорогах ездят более миллиарда автомобилей и грузовиков.

4. Самолеты, 1903

С начала времен человек всегда цеплялся за землю, с тоской глядя на летающие в небе создания. Создавались воздушные змеи и планеры, но они не могли выдержать вес человека. Первый планер, способный на это, был создан в 1853 г. С тех пор дизайн самолетов очень изменился, но использование двигателя для движения и форма кузова остаются неизменными.

3. Телекоммуникации, 1839

С появлением интерконтинентального путешествия общение на большие расстояния стало обычным делом . С появлением электричества во время промышленной революции стал доступен телеграфный провод с азбукой Морзе. Затем телеграф превратился в телефон. Люди могли разговаривать друг с другом с разных концов земли. Мгновенная коммуникация ускорила развитие бизнеса, преобразовала способы ведения войны, а также изменила стандарты нашей жизни.

2. Генетическая модификация, 1973

Вот что позволило доктору Борлоугу создать новые сорта пшеницы. Понятие наследственности признаков присутствовало всегда. Ведь дети похожи на родителей, а скот можно вывести избирательно. Прямые манипуляции с генами появилось в 1973 г. Некоторые лекарства и другие вещества, которые используются сегодня, получают из генетически преобразованных бактерий и дрожжей. Инсулин, вакцины, мультивитамины и все виды антибиотиков производятся с помощью генетических манипуляций.

1. Компьютеры, 1936

В прошлом для математических подсчетов использовались абаки и другие инструменты. Первая машина, способная хранить информацию и выполнять все 4 базовые арифметические операции (сложение, вычитание, деление и умножение) была придумана Чарльзом Бэббэждем и являлась механической. Следующим прорывом был механический станок Джозефа Джеворда. Компьютер в современном электронном смысле был разработан Аланом Тюрингом и использовался во время второй мировой войны для расшифровки кодов нацистов. Сначала это были огромные машины размером с комнату, но благодаря прогрессу в миниатюризации электроники компьютеры постепенно стали меньше. Вместе с телекоммникациями они дали рождение Всемирной паутине. Сегодня компьютеры используются в часах, машинах, телевизорах, телефонах и всех видах повседневных предметов.

История создания паровой машины и ее применение

Изобретение паровых машин стало переломным моментом в истории человечества. Где-то на рубеже XVII-XVIII веков началась замена малоэффективного ручного труда, водяных колес и ветряных мельниц на совершенно новые и уникальные механизмы – паровые двигатели. Именно благодаря им стали возможны техническая и промышленная революции, да и весь прогресс человечества.

Еще до нашей эры

История создания паровой машины начинается еще в первых столетиях до нашей эры. Герон Александрийский описал механизм, который начинал работать только тогда, когда на него воздействовал пар. Устройство представляло собой шар, на котором были закреплены сопла. Из сопел по касательной выходил пар, тем самым заставляя двигатель вращаться. Это было первое устройство, которое работало на пару.

Создатель паровой машины (а точнее, турбины) – Таги-аль-Диноме (арабский философ, инженер и астроном). Его изобретение стало широко известно в Египте в XVI веке. Механизм был устроен следующим образом: потоки пара направляли прямо на механизм с лопастями, и когда дым валил – лопасти вращались. Нечто подобное в 1629 году предлагал и итальянский инженер Джованни Бранка. Главным недостатком всех этих изобретений был слишком большой расход пара, что в свою очередь требовало огромных затрат энергии и не было целесообразно. Разработки были приостановлены, так как тогдашних научных и технических знаний человечества было недостаточно. Кроме того, надобность в таких изобретениях напрочь отсутствовала.

Разработки

До XVII века создание паровой машины было невозможно. Но как только планка уровня развития человечества взлетела, тут же появились и первые экземпляры и изобретения. Хотя серьезно их никто на тот момент не воспринял. Так, например, в 1663 году английский ученый опубликовал в прессе проект своего изобретения, которое он установил в замке Реглан. Его устройство служило для того, чтобы поднимать воду на стены башен. Однако, как и все новое и неизведанное, данный проект был принят с сомнением, и спонсоров для его дальнейших разработок не нашлось.

Неудавшаяся попытка Папена

Пароатмосферная машина, далекая в то время от совершенства, привлекла особое внимание в судостроительной области. Д. Папен свои последние сбережения потратил на приобретение небольшого судна, на котором занялся установкой водоподъемной пароатмосферной машины собственного производства. Механизм действия заключался в том, чтобы, падая с высоты, вода начинала вращать колеса.

Свои испытания изобретатель проводил в 1707 году на реке Фульде. Много народу собралось, чтобы посмотреть на чудо: двигающееся по реке судно без парусов и весел. Однако во время испытаний произошла катастрофа: взорвался двигатель и погибли несколько человек. Власти разозлились на неудачливого изобретателя и запретили ему какие-либо работы и проекты. Судно конфисковали и разрушили, а через несколько лет скончался и сам Папен.

Ошибка

У парохода Папена был следующий принцип работы. На дно цилиндра необходимо было залить небольшое количество воды. Под самим цилиндром располагалась жаровня, которая служила для нагревания жидкости. Когда вода начинала кипеть, образующийся пар, расширяясь, поднимал поршень. Из пространства над поршнем через специально оборудованный клапан выталкивался воздух. После того как вода закипала и начинал валить пар, необходимо было убрать жаровню, закрыть клапан, чтобы удалить воздух, и при помощи прохладной воды охладить стенки цилиндра. Благодаря таким действиям пар, находившийся в цилиндре, конденсировался, под поршнем образовывалось разрежение, и благодаря силе атмосферного давления поршень вновь возвращался на свое первоначальное место. Во время его движения вниз и совершалась полезная работа. Однако КПД паровой машины Папена был отрицательным. Двигатель парохода был крайне неэкономичен. А главное, он был слишком сложным и неудобным в эксплуатации. Поэтому изобретение Папена не имело будущего уже с самого начала.

Последователи

Однако история создания паровой машины на этом не закончилась. Следующим, уже гораздо более удачливым, чем Папен, оказался английский ученый Томас Ньюкомен. Он долго изучал работы своих предшественников, делая упор на слабые места. И взяв самое лучшее из их работ, создал в 1712 году свой аппарат. Новая паровая машина (фото представлено) была сконструирована следующим образом: использовались цилиндр, находившийся в вертикальном положении, а также поршень. Это Ньюкомен взял из работ Папена. Однако пар образовывался уже в другом котле. Вокруг поршня закреплялась цельная кожа, что значительно повышало герметичность внутри парового цилиндра. Данная машина также была пароатмосферной (вода поднималась из шахты при помощи атмосферного давления). Главными минусами изобретения были его громоздкость и неэкономичность: машина «съедала» огромное количество угля. Однако пользы она приносила значительно больше, чем изобретение Папена. Поэтому ее почти пятьдесят лет применяли в подземельях и шахтах. Ее использовали для откачивания грунтовых вод, а также для осушки кораблей. Томас Ньюкомен пытался преобразовать свою машину так, чтобы была возможность применять ее для движения транспорта. Однако все его попытки не увенчались успехом.

Следующим ученым, заявившим о себе, стал Д. Хулл из Англии. В 1736 году он представил миру свое изобретение: пароатмосферную машину, у которой в качестве движителя были лопастные колеса. Его разработка оказал более удачной, чем у Папена. Сразу же было выпущено несколько таких суден. В основном они использовались для того, чтобы буксировать баржи, корабли и другие суда. Однако надежность пароатмосферной машины не вызывала доверия, и суда оборудовали парусами как основным движителем.

И хотя Хуллу повезло больше, чем Папену, его изобретения постепенно потеряли актуальность, и от них отказались. Все-таки у пароатмосферных машин того времени было множество специфических недостатков.

История создания паровой машины в России

Следующий прорыв случился в Российской Империи. В 1766 году на металлургическом заводе в Барнауле была создана первая паровая машина, которая подавала в плавильные печи воздух при помощи специальных воздуходувных мехов. Создателем ее стал Иван Иванович Ползунов, которому за заслуги перед родиной даже дали офицерское звание. Изобретатель представил своему начальству чертежи и планы «огненной машины», способной приводить в действие воздуходувные мехи.

Однако судьба сыграла с Ползуновым злую шутку: через семь лет после того, как его проект был принят, а машина собрана, он заболел и умер от чахотки — всего за неделю до того, как начались испытания его двигателя. Однако его инструкций оказалось достаточно, чтобы завести двигатель.

Итак, 7 августа 1766 года паровая машина Ползунова была запущена и поставлена под нагрузку. Однако уже в ноябре того же года она сломалась. Причиной оказались слишком тонкие стенки котла, не предназначенного для нагрузки. Причем изобретатель в своих инструкциях писал, что этот котел можно использовать только во время испытаний. Изготовление нового котла легко бы окупилось, ведь КПД паровой машины Ползунова был положительный. За 1023 часа работы с ее помощью выплавили серебра 14 с лишним пудов!

Но несмотря на это, никто ремонтировать механизм не стал. Паровая машина Ползунова пылилась более 15 лет на складе, пока мир промышленности не стоял на месте и развивался. А потом и вовсе была разобрана на запчасти. Видимо, в тот момент Россия еще не доросла до паровых двигателей.

Требования времени

Между тем жизнь на месте не стояла. И человечество постоянно задумывалось над тем, чтобы создать механизм, позволяющий не зависеть от капризной природы, а самим управлять судьбой. От паруса все хотели отказаться как можно быстрее. Поэтому вопрос о создании парового механизма постоянно висел в воздухе. В 1753 году в Париже был выдвинут конкурс среди мастеров, ученых и изобретателей. Академия наук объявила награду тому, кто сможет создать механизм, способный заменить силу ветра. Но несмотря на то что в конкурсе участвовали такие умы, как Л. Эйлер, Д. Бернулли, Кантон де Лакруа и другие, дельного предложения не вынес никто.

Годы шли. И промышленная революция накрывала все больше и больше стран. Первенство и лидерство среди других держав доставалось неизменно Англии. К концу восемнадцатого века именно Великобритания стала создательницей крупной промышленности, благодаря чему завоевала титул всемирной монополистки в данной отрасли. Вопрос о механическом двигателе с каждым днем становился все более актуальным. И такой двигатель был создан.

Первая паровая машина в мире

1784 год стал для Англии и для всего мира переломным моментом в промышленной революции. И человеком, ответственным за это, стал английский механик Джеймс Уатт. Паровая машина, которую он создал, стала самым громким открытием века.

Джеймс Уатт на протяжении нескольких лет изучал чертежи, строение и принципы работы пароатмосферных машин. И на основании всего этого он сделал вывод, что для эффективности работы двигателя необходимо сравнять температуры воды в цилиндре и пара, который попадает в механизм. Главный минус пароатмосферных машин заключался в постоянной необходимости охлаждения цилиндра водой. Это было расходно и неудобно.

Новая паровая машина была сконструирована иным образом. Так, цилиндр заключался в специальную рубашку из пара. Таким образом Уатт добился его постоянного нагретого состояния. Изобретатель создал специальный сосуд, погруженный в холодную воду (конденсатор). К нему трубой присоединялся цилиндр. Когда пар отрабатывался в цилиндре, то через трубу попадал в конденсатор и там превращался обратно в воду. Работая над усовершенствованием своей машины, Уатт создал разрежение в конденсаторе. Таким образом, весь пар, попадавший из цилиндра, конденсировался в нем. Благодаря этому нововведению очень сильно увеличивался процесс расширения пара, что в свою очередь позволяло извлекать из того же количества пара намного больше энергии. Это был венец успеха.

«Шарлотта Дандас»

После того как весь мир был поражен изобретением Джеймса Уатта, началось широкое применение паровых машин. Так, в 1802 году в Англии появился первый корабль на пару – катер «Шарлотта Дандас». Его создателем считается Уильям Саймингтон. Катер применялся в качестве буксировки барж по каналу. Роль движителя на судне играло гребное колесо, установленное на корме. Катер с первого раза успешно прошел испытания: отбуксировал две огромные баржи на 18 миль за шесть часов. При этом ему сильно мешал встречный ветер. Но он справился.

И все-таки его поставили на прикол, потому что опасались, что из-за сильных волн, которые создавались под гребным колесом, берега канала будут размыты. Кстати, на испытаниях «Шарлотты» присутствовал человек, которого весь мир сегодня считает создателем первого парохода.

Первый пароход в мире

Английский судостроитель Роберт Фултон с юношеских лет мечтал о судне с паровым двигателем. И вот его мечта стала осуществима. Ведь изобретение паровых машин стало новым толчком в судостроительстве. Вместе с посланником из Америки Р. Ливингстоном, который взял на себя материальную сторону вопроса, Фултон занялся проектом корабля с паровой машиной. Это было сложное изобретение, основанное на идее весельного движителя. По бортам судна тянулись в ряд плицы, имитирующие множество весел. При этом плицы то и дело мешали друг другу и ломались. Сегодня можно с легкостью сказать, что тот же эффект мог быть достигнут всего при трех-четырех плицах. Но с позиции науки и техники того времени это увидеть было нереально. Поэтому судостроителям приходилось намного сложнее.

В 1803 году изобретение Фултона было представлено всему миру. Пароход медленно и ровно шел по Сене, поражая умы и воображение многих ученых и деятелей Парижа. Однако правительство Наполеона отвергло проект, и раздосадованные судостроители вынуждены были искать счастья в Америке.

И вот в августе 1807 года первый в мире пароход под названием «Клермонт», в котором была задействована мощнейшая паровая машина (фото представлено), пошел по Гудзонскому заливу. Многие тогда просто не верили в успех.

В свой первый рейс «Клермонт» отправился без грузов и без пассажиров. Никто не хотел отправляться в путешествие на борту огнедышащего судна. Но уже на обратном пути появился первый пассажир – местный фермер, заплативший шесть долларов за билет. Он стал первым пассажиром в истории пароходства. Фултон был так сильно растроган, что предоставил смельчаку пожизненный бесплатный проезд на всех своих изобретениях.