Η εφεύρεση των ατμομηχανών ήταν ένα σημείο καμπής στην ανθρώπινη ιστορία. Κάπου στο γύρισμα του 17ου-18ου αιώνα, η αναποτελεσματική χειρωνακτική εργασία, οι υδατοτροχοί και οι ανεμόμυλοι άρχισαν να αντικαθίστανται με εντελώς νέους και μοναδικούς μηχανισμούς - ατμομηχανές. Χάρη σε αυτούς κατέστη δυνατή η τεχνική και βιομηχανική επανάσταση και ολόκληρη η πρόοδος της ανθρωπότητας.
Αλλά ποιος εφηύρε την ατμομηχανή; Σε ποιον το χρωστάει αυτό η ανθρωπότητα; Και πότε ήταν; Θα προσπαθήσουμε να βρούμε απαντήσεις σε όλες αυτές τις ερωτήσεις.
Ακόμη και πριν από την εποχή μας
Η ιστορία της δημιουργίας μιας ατμομηχανής ξεκινά από τους πρώτους αιώνες π. Χ. Ο Hero of Alexandria περιέγραψε έναν μηχανισμό που άρχισε να λειτουργεί μόνο όταν εκτέθηκε στον ατμό. Η συσκευή ήταν μια μπάλα στην οποία στερεώνονταν ακροφύσια. Ο ατμός έβγαινε εφαπτομενικά από τα ακροφύσια, προκαλώντας έτσι την περιστροφή του κινητήρα. Ήταν η πρώτη συσκευή που τροφοδοτήθηκε από ένα ζευγάρι.
Ο δημιουργός της ατμομηχανής (ακριβέστερα της τουρμπίνας) είναι ο Tagi-al-Dinome (Άραβας φιλόσοφος, μηχανικός και αστρονόμος). Η εφεύρεσή του έγινε ευρέως γνωστή στοΗ Αίγυπτος τον 16ο αιώνα. Ο μηχανισμός ήταν διευθετημένος ως εξής: ρεύματα ατμού κατευθύνονταν απευθείας στον μηχανισμό με λεπίδες και όταν έπεφτε ο καπνός, οι λεπίδες περιστρέφονταν. Κάτι ανάλογο είχε προταθεί το 1629 από τον Ιταλό μηχανικό Τζιοβάνι Μπράνκα. Το κύριο μειονέκτημα όλων αυτών των εφευρέσεων ήταν η υπερβολική κατανάλωση ατμού, η οποία με τη σειρά της απαιτούσε τεράστια ποσότητα ενέργειας και δεν ήταν σκόπιμο. Η ανάπτυξη ανεστάλη, καθώς οι τότε επιστημονικές και τεχνικές γνώσεις της ανθρωπότητας δεν ήταν αρκετές. Επιπλέον, δεν υπήρχε καμία ανάγκη για τέτοιες εφευρέσεις.
Εξελίξεις
Μέχρι τον 17ο αιώνα, η δημιουργία μιας ατμομηχανής ήταν αδύνατη. Αλλά μόλις ο πήχης για το επίπεδο της ανθρώπινης ανάπτυξης ανέβηκε, εμφανίστηκαν αμέσως τα πρώτα αντίγραφα και οι εφευρέσεις. Αν και κανείς δεν τους πήρε στα σοβαρά εκείνη την εποχή. Έτσι, για παράδειγμα, το 1663, ένας Άγγλος επιστήμονας δημοσίευσε στον Τύπο ένα προσχέδιο της εφεύρεσής του, το οποίο εγκατέστησε στο Κάστρο Ράγκλαν. Η συσκευή του χρησίμευε για την ανύψωση νερού στους τοίχους των πύργων. Ωστόσο, όπως κάθε τι νέο και άγνωστο, έτσι και αυτό το έργο έγινε αποδεκτό με αμφιβολία και δεν υπήρχαν χορηγοί για την περαιτέρω ανάπτυξή του.
Η ιστορία της δημιουργίας μιας ατμομηχανής ξεκινά με την εφεύρεση μιας μηχανής ατμού-ατμοσφαιρικής. Το 1681, ο Γάλλος επιστήμονας Denis Papin εφηύρε μια συσκευή που αντλούσε νερό από τα ορυχεία. Στην αρχή χρησιμοποιήθηκε η πυρίτιδα ως κινητήρια δύναμη και στη συνέχεια αντικαταστάθηκε με υδρατμούς. Έτσι γεννήθηκε η ατμομηχανή. Τεράστια συνεισφορά στη βελτίωσή του είχαν οι επιστήμονες από την Αγγλία, Thomas Newcomen και Thomas Severen. Ο Ρώσος αυτοδίδακτος εφευρέτης Ιβάν Πολζούνοφ παρείχε επίσης πολύτιμη βοήθεια.
Αποτυχημένη προσπάθεια του Πάπιν
Η μηχανή ατμού-ατμοσφαιρικής, κάθε άλλο παρά τέλεια εκείνη την εποχή, τράβηξε ιδιαίτερη προσοχή στη ναυπηγική βιομηχανία. Ο D. Papin ξόδεψε τις τελευταίες του οικονομίες για την αγορά ενός μικρού σκάφους, στο οποίο άρχισε να εγκαθιστά μια ατμοσφαιρική μηχανή ανύψωσης νερού δικής του παραγωγής. Ο μηχανισμός δράσης ήταν ότι, πέφτοντας από ύψος, το νερό άρχισε να περιστρέφει τους τροχούς.
Ο εφευρέτης πραγματοποίησε τις δοκιμές του το 1707 στον ποταμό Fulda. Πολλοί άνθρωποι συγκεντρώθηκαν για να δουν ένα θαύμα: ένα πλοίο που κινείται κατά μήκος του ποταμού χωρίς πανιά και κουπιά. Ωστόσο, κατά τη διάρκεια των δοκιμών, συνέβη μια καταστροφή: ο κινητήρας εξερράγη και πολλοί άνθρωποι πέθαναν. Οι αρχές θύμωσαν με τον άτυχο εφευρέτη και του απαγόρευσαν κάθε έργο και έργο. Το πλοίο κατασχέθηκε και καταστράφηκε, και λίγα χρόνια αργότερα ο ίδιος ο Papin πέθανε.
Σφάλμα
Το ατμόπλοιο του Papen είχε την ακόλουθη αρχή λειτουργίας. Στο κάτω μέρος του κυλίνδρου ήταν απαραίτητο να ρίξουμε μια μικρή ποσότητα νερού. Κάτω από τον ίδιο τον κύλινδρο βρισκόταν ένα μαγκάλι, το οποίο χρησίμευε για τη θέρμανση του υγρού. Όταν το νερό άρχισε να βράζει, ο προκύπτων ατμός, που διαστέλλεται, ανέβασε το έμβολο. Ο αέρας αποβλήθηκε από το χώρο πάνω από το έμβολο μέσω μιας ειδικά εξοπλισμένης βαλβίδας. Αφού έβρασε το νερό και άρχισε να πέφτει ατμός, ήταν απαραίτητο να αφαιρέσετε το μαγκάλι, να κλείσετε τη βαλβίδα για να αφαιρέσετε τον αέρα και να κρυώσετε τα τοιχώματα του κυλίνδρου με δροσερό νερό. Χάρη σε τέτοιες ενέργειες, ο ατμός που βρισκόταν στον κύλινδρο συμπυκνώθηκε, σχηματίστηκε κάτω από το έμβολοαραίωση, και λόγω της δύναμης της ατμοσφαιρικής πίεσης, το έμβολο επέστρεψε ξανά στην αρχική του θέση. Κατά την καθοδική του κίνηση έγινε χρήσιμη δουλειά. Ωστόσο, η απόδοση της ατμομηχανής του Papen ήταν αρνητική. Η μηχανή του ατμόπλοιου ήταν εξαιρετικά αντιοικονομική. Και το πιο σημαντικό, ήταν πολύ περίπλοκο και άβολο στη χρήση. Επομένως, η εφεύρεση του Papen δεν είχε μέλλον από την αρχή.
Ακόλουθοι
Ωστόσο, η ιστορία της δημιουργίας της ατμομηχανής δεν τελείωσε εκεί. Ο επόμενος, ήδη πολύ πιο επιτυχημένος από τον Πάπεν, ήταν ο Άγγλος επιστήμονας Τόμας Νιούκομεν. Μελέτησε το έργο των προκατόχων του για μεγάλο χρονικό διάστημα, εστιάζοντας στις αδυναμίες. Και παίρνοντας το καλύτερο από τη δουλειά τους, δημιούργησε τη δική του συσκευή το 1712. Η νέα ατμομηχανή (φωτογραφία φαίνεται) σχεδιάστηκε ως εξής: χρησιμοποιήθηκε ένας κύλινδρος, ο οποίος ήταν σε κάθετη θέση, καθώς και ένα έμβολο. Αυτό το Newcomen πήρε από τα έργα του Papin. Ωστόσο, ο ατμός είχε ήδη σχηματιστεί σε άλλο λέβητα. Ολόκληρο το δέρμα στερεώθηκε γύρω από το έμβολο, γεγονός που αύξησε σημαντικά τη στεγανότητα στο εσωτερικό του κυλίνδρου ατμού. Αυτό το μηχάνημα ήταν επίσης ατμοσφαιρικό (το νερό ανέβαινε από το ορυχείο χρησιμοποιώντας ατμοσφαιρική πίεση). Τα κύρια μειονεκτήματα της εφεύρεσης ήταν ο όγκος και η αναποτελεσματικότητά της: η μηχανή "έφαγε" μια τεράστια ποσότητα άνθρακα. Ωστόσο, έφερε πολύ περισσότερα οφέλη από την εφεύρεση του Papen. Ως εκ τούτου, έχει χρησιμοποιηθεί σε μπουντρούμια και ορυχεία για σχεδόν πενήντα χρόνια. Χρησιμοποιήθηκε για την άντληση υπόγειων υδάτων, καθώς και για την ξήρανση πλοίων. Ο Thomas Newcomen προσπάθησε να μετατρέψει το αυτοκίνητό τουώστε να μπορεί να χρησιμοποιηθεί για κυκλοφορία. Ωστόσο, όλες οι προσπάθειές του απέτυχαν.
Ο επόμενος επιστήμονας που ανακοινώθηκε ήταν ο D. Hull από την Αγγλία. Το 1736, παρουσίασε την εφεύρεσή του στον κόσμο: μια ατμοσφαιρική μηχανή, η οποία είχε τροχούς με κουπιά για κίνηση. Η ανάπτυξή του ήταν πιο επιτυχημένη από αυτή του Πάπιν. Αμέσως απελευθερώθηκαν αρκετά τέτοια σκάφη. Χρησιμοποιούνταν κυρίως για τη ρυμούλκηση φορτηγίδων, πλοίων και άλλων πλοίων. Ωστόσο, η αξιοπιστία της ατμοσφαιρικής μηχανής δεν ενέπνεε εμπιστοσύνη και τα πλοία ήταν εξοπλισμένα με πανιά ως κύριο όχημα.
Και παρόλο που ο Χαλ ήταν πιο τυχερός από τον Πάπιν, οι εφευρέσεις του σταδιακά έχασαν τη σημασία τους και εγκαταλείφθηκαν. Ακόμα, οι ατμο-ατμοσφαιρικές μηχανές εκείνης της εποχής είχαν πολλές συγκεκριμένες ελλείψεις.
Η ιστορία της ατμομηχανής στη Ρωσία
Η επόμενη σημαντική ανακάλυψη συνέβη στη Ρωσική Αυτοκρατορία. Το 1766, η πρώτη ατμομηχανή δημιουργήθηκε σε ένα μεταλλουργικό εργοστάσιο στο Barnaul, η οποία παρείχε αέρα στους φούρνους τήξης χρησιμοποιώντας ειδικούς φυσητήρες φυσητήρα. Δημιουργός του ήταν ο Ιβάν Ιβάνοβιτς Πολζούνοφ, στον οποίο μάλιστα δόθηκε βαθμός αξιωματικού για υπηρεσίες στην πατρίδα του. Ο εφευρέτης παρουσίασε στους ανωτέρους του σχέδια και σχέδια για μια «πυροσβεστική μηχανή» ικανή να τροφοδοτεί φυσούνες.
Ωστόσο, η μοίρα έπαιξε ένα σκληρό αστείο με τον Polzunov: επτά χρόνια μετά την αποδοχή του έργου του και τη συναρμολόγηση του αυτοκινήτου, αρρώστησε και πέθανε από κατανάλωση - μόλις μια εβδομάδα πριν ξεκινήσουν οι δοκιμές τουκινητήρας. Ωστόσο, οι οδηγίες του ήταν αρκετές για να ξεκινήσει ο κινητήρας.
Έτσι, στις 7 Αυγούστου 1766, η ατμομηχανή του Polzunov εκτοξεύτηκε και τέθηκε υπό φορτίο. Ωστόσο, τον Νοέμβριο του ίδιου έτους, χάλασε. Ο λόγος αποδείχθηκε ότι ήταν πολύ λεπτά τοιχώματα του λέβητα, που δεν προορίζονταν για φόρτωση. Επιπλέον, ο εφευρέτης έγραψε στις οδηγίες του ότι αυτός ο λέβητας μπορεί να χρησιμοποιηθεί μόνο κατά τη διάρκεια δοκιμών. Η κατασκευή ενός νέου λέβητα θα απέδιδε εύκολα, γιατί η απόδοση της ατμομηχανής του Polzunov ήταν θετική. Για 1023 ώρες εργασίας, περισσότερα από 14 κιλά ασήμι λιώθηκαν με τη βοήθειά του!
Αλλά παρόλα αυτά, κανείς δεν άρχισε να επισκευάζει τον μηχανισμό. Η ατμομηχανή του Polzunov μάζευε σκόνη για περισσότερα από 15 χρόνια σε μια αποθήκη, ενώ ο κόσμος της βιομηχανίας δεν έμεινε ακίνητος και αναπτύχθηκε. Και μετά διαλύθηκε εντελώς για ανταλλακτικά. Προφανώς, εκείνη τη στιγμή, η Ρωσία δεν είχε ακόμη μεγαλώσει σε ατμομηχανές.
Οι απαιτήσεις των καιρών
Εν τω μεταξύ, η ζωή δεν έμεινε ακίνητη. Και η ανθρωπότητα σκεφτόταν συνεχώς να δημιουργήσει έναν μηχανισμό που θα επέτρεπε να μην εξαρτάται από την ιδιότροπη φύση, αλλά να ελέγχει την ίδια τη μοίρα. Όλοι ήθελαν να εγκαταλείψουν το πανί το συντομότερο δυνατό. Ως εκ τούτου, το ζήτημα της δημιουργίας ενός μηχανισμού ατμού κρεμόταν συνεχώς στον αέρα. Το 1753, ένας διαγωνισμός μεταξύ τεχνιτών, επιστημόνων και εφευρετών προβλήθηκε στο Παρίσι. Η Ακαδημία Επιστημών ανακοίνωσε ένα βραβείο σε όσους μπορούν να δημιουργήσουν έναν μηχανισμό που μπορεί να αντικαταστήσει τη δύναμη του ανέμου. Όμως παρά το γεγονός ότι στον διαγωνισμό συμμετείχαν μυαλά όπως ο L. Euler, ο D. Bernoulli, το Canton de Lacroix και άλλοι, κανείς δεν έκανε μια λογική πρόταση.
Τα χρόνια πέρασαν. Και η βιομηχανική επανάστασηκάλυπτε όλο και περισσότερες χώρες. Η ανωτερότητα και η ηγεσία μεταξύ άλλων δυνάμεων πήγαιναν πάντα στην Αγγλία. Μέχρι τα τέλη του δέκατου όγδοου αιώνα, ήταν η Μεγάλη Βρετανία που έγινε ο δημιουργός της βιομηχανίας μεγάλης κλίμακας, χάρη στην οποία κέρδισε τον τίτλο του παγκόσμιου μονοπωλίου σε αυτόν τον κλάδο. Το ζήτημα ενός μηχανικού κινητήρα κάθε μέρα γινόταν όλο και πιο επίκαιρο. Και ένας τέτοιος κινητήρας δημιουργήθηκε.
Η πρώτη ατμομηχανή στον κόσμο
Το 1784 σηματοδότησε ένα σημείο καμπής στη Βιομηχανική Επανάσταση για την Αγγλία και τον κόσμο. Και ο υπεύθυνος για αυτό ήταν ο Άγγλος μηχανικός James Watt. Η ατμομηχανή που δημιούργησε ήταν η μεγαλύτερη ανακάλυψη του αιώνα.
Ο James Watt μελετά τα σχέδια, τη δομή και τις αρχές λειτουργίας των ατμο-ατμοσφαιρικών μηχανών εδώ και αρκετά χρόνια. Και με βάση όλα αυτά κατέληξε στο συμπέρασμα ότι για την απόδοση του κινητήρα είναι απαραίτητο να εξισωθούν οι θερμοκρασίες του νερού στον κύλινδρο και του ατμού που εισέρχεται στον μηχανισμό. Το κύριο μειονέκτημα των ατμο-ατμοσφαιρικών μηχανών ήταν η συνεχής ανάγκη ψύξης του κυλίνδρου με νερό. Ήταν δαπανηρό και άβολο.
Η νέα ατμομηχανή σχεδιάστηκε διαφορετικά. Έτσι, ο κύλινδρος ήταν κλεισμένος σε ένα ειδικό τζάκετ ατμού. Έτσι ο Watt πέτυχε τη σταθερή του θερμαινόμενη κατάσταση. Ο εφευρέτης δημιούργησε ένα ειδικό δοχείο βυθισμένο σε κρύο νερό (συμπυκνωτή). Ένας κύλινδρος ήταν στερεωμένος σε αυτό με ένα σωλήνα. Όταν ο ατμός εξαντλήθηκε στον κύλινδρο, εισήλθε στον συμπυκνωτή μέσω ενός σωλήνα και μετατράπηκε ξανά σε νερό εκεί. Ενώ εργαζόταν για τη βελτίωση της μηχανής του, ο Wattδημιούργησε ένα κενό στον πυκνωτή. Έτσι, όλος ο ατμός που προέρχεται από τον κύλινδρο συμπυκνώθηκε σε αυτόν. Χάρη σε αυτή την καινοτομία, η διαδικασία διαστολής ατμού αυξήθηκε σημαντικά, γεγονός που με τη σειρά του κατέστησε δυνατή την εξαγωγή πολύ περισσότερης ενέργειας από την ίδια ποσότητα ατμού. Ήταν το κορυφαίο επίτευγμα.
Ο δημιουργός της ατμομηχανής άλλαξε επίσης την αρχή της παροχής αέρα. Τώρα ο ατμός έπεσε πρώτα κάτω από το έμβολο, ανυψώνοντάς το έτσι, και στη συνέχεια συγκεντρώθηκε πάνω από το έμβολο, χαμηλώνοντάς το. Έτσι, και οι δύο διαδρομές του εμβόλου στον μηχανισμό άρχισαν να λειτουργούν, κάτι που δεν ήταν καν δυνατό πριν. Και η κατανάλωση άνθρακα ανά ιπποδύναμη ήταν τέσσερις φορές μικρότερη από ό,τι, αντίστοιχα, για ατμο-ατμοσφαιρικές μηχανές, κάτι που προσπαθούσε να πετύχει ο James Watt. Η ατμομηχανή κατέκτησε πολύ γρήγορα πρώτα τη Μεγάλη Βρετανία και μετά ολόκληρο τον κόσμο.
Σαρλότ Ντάντας
Αφού όλος ο κόσμος έμεινε έκπληκτος από την εφεύρεση του James Watt, άρχισε η ευρεία χρήση των ατμομηχανών. Έτσι, το 1802, το πρώτο πλοίο για ένα ζευγάρι εμφανίστηκε στην Αγγλία - το σκάφος Charlotte Dundas. Δημιουργός του είναι ο William Symington. Το σκάφος χρησιμοποιήθηκε ως φορτηγίδες ρυμούλκησης κατά μήκος του καναλιού. Τον ρόλο του μεταφορέα στο πλοίο έπαιζε ένας τροχός με κουπιά που ήταν τοποθετημένος στην πρύμνη. Το σκάφος πέρασε με επιτυχία τις δοκιμές την πρώτη φορά: ρυμούλκησε δύο τεράστιες φορτηγίδες 18 μίλια σε έξι ώρες. Ταυτόχρονα, ο αντίθετος άνεμος τον παρενέβαινε πολύ. Αλλά το έκανε.
Και όμως τέθηκε σε αναμονή, γιατί φοβόντουσαν ότι λόγω των ισχυρών κυμάτων που δημιουργήθηκαν κάτω από τον τροχό κουπί, θα ξεβραστούν οι όχθες του καναλιού. Παρεμπιπτόντως, επάνωΗ Charlotte δοκιμάστηκε από έναν άνθρωπο που όλος ο κόσμος σήμερα θεωρεί δημιουργό του πρώτου ατμόπλοιου.
Το πρώτο ατμόπλοιο στον κόσμο
Ο Άγγλος ναυπηγός Robert Fulton ονειρευόταν ένα ατμοκίνητο πλοίο από τα νιάτα του. Και τώρα το όνειρό του έγινε πραγματικότητα. Άλλωστε, η εφεύρεση των ατμομηχανών ήταν μια νέα ώθηση στη ναυπηγική. Μαζί με τον απεσταλμένο από την Αμερική, R. Livingston, που ανέλαβε την υλική πλευρά του θέματος, ο Fulton ανέλαβε το έργο ενός πλοίου με ατμομηχανή. Ήταν μια περίπλοκη εφεύρεση βασισμένη στην ιδέα ενός κουπιά. Κατά μήκος των πλευρών του πλοίου απλώνονταν σε σειρά πιάτα που μιμούνταν πολλά κουπιά. Ταυτόχρονα, οι πλάκες πότε πότε έμπαιναν μεταξύ τους και έσπασαν. Σήμερα μπορούμε εύκολα να πούμε ότι το ίδιο αποτέλεσμα θα μπορούσε να επιτευχθεί μόνο με τρία ή τέσσερα πλακάκια. Αλλά από τη σκοπιά της επιστήμης και της τεχνολογίας εκείνης της εποχής, δεν ήταν ρεαλιστικό να το δούμε αυτό. Επομένως, οι ναυπηγοί πέρασαν πολύ πιο δύσκολα.
Το 1803, η εφεύρεση του Fulton παρουσιάστηκε στον κόσμο. Το ατμόπλοιο κινήθηκε αργά και ομοιόμορφα κατά μήκος του Σηκουάνα, χτυπώντας το μυαλό και τη φαντασία πολλών επιστημόνων και μορφών στο Παρίσι. Ωστόσο, η κυβέρνηση του Ναπολέοντα απέρριψε το έργο και οι δυσαρεστημένοι ναυπηγοί αναγκάστηκαν να αναζητήσουν την τύχη τους στην Αμερική.
Και τον Αύγουστο του 1807, το πρώτο ατμόπλοιο στον κόσμο που ονομάζεται Claremont, στο οποίο συμμετείχε η ισχυρότερη ατμομηχανή (παρουσιάζεται η φωτογραφία), πήγε κατά μήκος του κόλπου Hudson. Πολλοί τότε απλά δεν πίστευαν στην επιτυχία.
Το Clermont ξεκίνησε το παρθενικό του ταξίδι χωρίς φορτίο και χωρίς επιβάτες. Κανείς δεν ήθελε να πάειταξίδι σε πλοίο που αναπνέει φωτιά. Αλλά ήδη στο δρόμο της επιστροφής, εμφανίστηκε ο πρώτος επιβάτης - ένας ντόπιος αγρότης που πλήρωσε έξι δολάρια για ένα εισιτήριο. Έγινε ο πρώτος επιβάτης στην ιστορία της ναυτιλιακής εταιρείας. Ο Fulton συγκινήθηκε τόσο πολύ που έδωσε στον τολμηρό μια ζωή δωρεάν σε όλες τις εφευρέσεις του.
