Opfindelsen af dampmaskiner var et vendepunkt i menneskehedens historie. Et sted ved overgangen til det 17.-18. århundrede begyndte ineffektivt manuelt arbejde, vandhjul og vindmøller at blive erstattet med helt nye og unikke mekanismer - dampmaskiner. Det er takket være dem, at de tekniske og industrielle revolutioner og hele menneskehedens fremskridt blev mulige.
Men hvem opfandt dampmaskinen? Hvem skylder menneskeheden dette? Og hvornår var det? Vi vil forsøge at finde svar på alle disse spørgsmål.
Selv før vor tidsregning
Historien om skabelsen af en dampmaskine begynder i de første århundreder f. Kr. Hero of Alexandria beskrev en mekanisme, der først begyndte at virke, da den blev udsat for damp. Apparatet var en kugle, hvorpå der var fastgjort dyser. Damp kom tangentielt ud fra dyserne og fik derved motoren til at rotere. Det var den første enhed, der blev drevet af et par.
Skaberen af dampmaskinen (mere præcist, turbinen) er Tagi-al-Dinome (arabisk filosof, ingeniør og astronom). Hans opfindelse blev bredt kendt iEgypten i det 16. århundrede. Mekanismen var arrangeret som følger: dampstrømme blev rettet direkte til mekanismen med knive, og når røgen faldt, roterede knivene. Noget lignende blev foreslået i 1629 af den italienske ingeniør Giovanni Branca. Den største ulempe ved alle disse opfindelser var for meget dampforbrug, hvilket igen krævede en enorm mængde energi og ikke var tilrådeligt. Udviklingen blev suspenderet, da den daværende videnskabelige og tekniske viden om menneskeheden ikke var nok. Derudover var der slet ikke behov for sådanne opfindelser.
Udviklinger
Indtil det 17. århundrede var skabelsen af en dampmaskine umulig. Men så snart baren for niveauet for menneskelig udvikling steg, dukkede de første kopier og opfindelser straks op. Selvom ingen tog dem seriøst på det tidspunkt. Så for eksempel i 1663 offentliggjorde en engelsk videnskabsmand i pressen et udkast til sin opfindelse, som han installerede i Raglan Castle. Hans anordning tjente til at rejse vand på tårnenes vægge. Men som alt nyt og ukendt blev dette projekt accepteret med tvivl, og der var ingen sponsorer til dets videre udvikling.
Historien om skabelsen af en dampmaskine begynder med opfindelsen af en damp-atmosfærisk motor. I 1681 opfandt den franske videnskabsmand Denis Papin en enhed, der pumpede vand ud af miner. Først brugte man krudt som drivkraft, og derefter blev det erstattet med vanddamp. Sådan blev dampmaskinen født. Et stort bidrag til forbedringen blev ydet af videnskabsmænd fra England, Thomas Newcomen og Thomas Severen. Den russiske selvlærte opfinder Ivan Polzunov ydede også uvurderlig hjælp.
Papins mislykkede forsøg
Damp-atmosfæriske maskine, langt fra at være perfekt på det tidspunkt, tiltrak sig særlig opmærksomhed i skibsbygningsindustrien. D. Papin brugte sine sidste sparepenge på køb af et lille fartøj, hvorpå han begyndte at installere en vandløftende damp-atmosfærisk maskine af egen produktion. Virkningsmekanismen var, at vandet, da det faldt fra en højde, begyndte at rotere hjulene.
Opfinderen udførte sine tests i 1707 på Fulda-floden. Mange mennesker samledes for at se på et mirakel: et skib, der bevægede sig langs floden uden sejl og årer. Men under testene skete der en katastrofe: motoren eksploderede, og flere mennesker døde. Myndighederne blev vrede på den uheldige opfinder og forbød ham fra ethvert arbejde og projekter. Skibet blev konfiskeret og ødelagt, og et par år senere døde Papin selv.
Fejl
Papens damper havde følgende driftsprincip. I bunden af cylinderen var det nødvendigt at hælde en lille mængde vand. En fyrfad var placeret under selve cylinderen, som tjente til at opvarme væsken. Da vandet begyndte at koge, hævede den resulterende damp, der udvidede sig, stemplet. Luft blev udstødt fra rummet over stemplet gennem en specielt udstyret ventil. Efter at vandet kogte og dampen begyndte at falde, var det nødvendigt at fjerne brazieren, lukke ventilen for at fjerne luft og afkøle cylinderens vægge med koldt vand. Takket være sådanne handlinger blev dampen, der var i cylinderen, kondenseret, dannet under stempletsjældenhed, og på grund af kraften fra atmosfærisk tryk vendte stemplet igen tilbage til sin oprindelige plads. Under dens nedadgående bevægelse blev der udført et nyttigt arbejde. Effektiviteten af Papens dampmaskine var dog negativ. Damperens motor var yderst uøkonomisk. Og vigtigst af alt, det var for kompliceret og ubelejligt at bruge. Derfor havde Papens opfindelse ingen fremtid lige fra begyndelsen.
Følgere
Men historien om skabelsen af dampmaskinen sluttede ikke der. Den næste, allerede meget mere succesfuld end Papen, var den engelske videnskabsmand Thomas Newcomen. Han studerede sine forgængeres arbejde i lang tid med fokus på svagheder. Og med det bedste af deres arbejde skabte han sit eget apparat i 1712. Den nye dampmaskine (billedet vist) blev designet som følger: der blev brugt en cylinder, som var i lodret position, samt et stempel. Denne Newcomen tog fra Papins værker. Der var dog allerede dannet damp i en anden kedel. Hele skindet blev fastgjort omkring stemplet, hvilket øgede tætheden inde i dampcylinderen markant. Denne maskine var også damp-atmosfærisk (vand steg fra minen ved hjælp af atmosfærisk tryk). De største ulemper ved opfindelsen var dens omfang og ineffektivitet: maskinen "spiste" en enorm mængde kul. Det medførte dog meget flere fordele end opfindelsen af Papen. Derfor har den været brugt i fangehuller og miner i næsten halvtreds år. Det blev brugt til at pumpe grundvand ud, samt til at tørre skibe. Thomas Newcomen forsøgte at ombygge sin bilså den kan bruges til trafik. Men alle hans forsøg mislykkedes.
Den næste videnskabsmand, der annoncerede sig selv, var D. Hull fra England. I 1736 præsenterede han sin opfindelse for verden: en damp-atmosfærisk maskine, som havde skovlhjul som bevægelse. Hans udvikling var mere vellykket end Papins. Straks blev flere sådanne fartøjer frigivet. De blev hovedsageligt brugt til at trække pramme, skibe og andre fartøjer. Pålideligheden af den damp-atmosfæriske maskine vækkede dog ikke tillid, og skibene var udstyret med sejl som hovedtrækker.
Og selvom Hull var mere heldig end Papin, mistede hans opfindelser gradvist relevans og blev forladt. Alligevel havde datidens damp-atmosfæriske maskiner mange specifikke mangler.
Dampmaskinens historie i Rusland
Det næste gennembrud skete i det russiske imperium. I 1766 blev den første dampmaskine skabt på et metallurgisk anlæg i Barnaul, som tilførte luft til smelteovnene ved hjælp af specielle blæserbælge. Dens skaber var Ivan Ivanovich Polzunov, som endda fik en officersgrad for tjenester til sit hjemland. Opfinderen præsenterede sine overordnede for tegninger og planer for en "brandmaskine", der var i stand til at drive bælge.
Skæbnen spillede imidlertid en grusom vittighed med Polzunov: syv år efter hans projekt blev accepteret, og bilen blev samlet, blev han syg og døde af forbrug - kun en uge før hans test begyndtemotor. Men hans instruktioner var nok til at starte motoren.
Så den 7. august 1766 blev Polzunovs dampmaskine søsat og sat under belastning. Men i november samme år brød den sammen. Årsagen viste sig at være for tynde vægge af kedlen, ikke beregnet til lastning. Desuden skrev opfinderen i sine instruktioner, at denne kedel kun kan bruges under test. Fremstillingen af en ny kedel ville let betale sig, fordi effektiviteten af Polzunovs dampmaskine var positiv. For 1023 timers arbejde blev mere end 14 pund sølv smeltet med dets hjælp!
Men på trods af dette begyndte ingen at reparere mekanismen. Polzunovs dampmaskine samlede støv i mere end 15 år på et lager, mens industriens verden ikke stod stille og udviklede sig. Og så var den helt adskilt for dele. Tilsyneladende var Rusland på det tidspunkt endnu ikke vokset op til dampmaskiner.
Tidens krav
I mellemtiden stod livet ikke stille. Og menneskeheden tænkte konstant på at skabe en mekanisme, der ville gøre det muligt ikke at afhænge af den lunefulde natur, men at kontrollere skæbnen selv. Alle ønskede at opgive sejlet så hurtigt som muligt. Derfor hang spørgsmålet om at skabe en dampmekanisme konstant i luften. I 1753 blev en konkurrence blandt håndværkere, videnskabsmænd og opfindere fremsat i Paris. Videnskabsakademiet annoncerede en pris til dem, der kan skabe en mekanisme, der kan erstatte vindens kraft. Men på trods af, at hjerner som L. Euler, D. Bernoulli, Canton de Lacroix og andre deltog i konkurrencen, var der ingen, der kom med et fornuftigt forslag.
Årene gik. Og den industrielle revolutiondækkede flere og flere lande. Overlegenhed og lederskab blandt andre magter gik uvægerligt til England. Ved slutningen af det attende århundrede var det Storbritannien, der blev skaberen af storindustri, takket være hvilket det vandt titlen som verdensmonopol i denne industri. Spørgsmålet om en mekanisk motor hver dag blev mere og mere relevant. Og sådan en motor blev skabt.
Verdens første dampmaskine
1784 markerede et vendepunkt i den industrielle revolution for England og verden. Og den ansvarlige for dette var den engelske mekaniker James Watt. Dampmaskinen, han skabte, var århundredets største opdagelse.
James Watt har studeret tegninger, struktur og principper for drift af damp-atmosfæriske maskiner i flere år. Og på grundlag af alt dette konkluderede han, at for motorens effektivitet er det nødvendigt at udligne temperaturerne på vandet i cylinderen og dampen, der kommer ind i mekanismen. Den største ulempe ved damp-atmosfæriske maskiner var det konstante behov for at afkøle cylinderen med vand. Det var dyrt og ubelejligt.
Den nye dampmaskine blev designet anderledes. Så cylinderen var indesluttet i en speciel dampkappe. Således opnåede Watt sin konstante opvarmede tilstand. Opfinderen skabte en speciel beholder nedsænket i koldt vand (kondensator). En cylinder var fastgjort til den med et rør. Da dampen var udtømt i cylinderen, kom den ind i kondensatoren gennem et rør og blev der igen til vand. Mens han arbejdede på at forbedre sin maskine, Wattskabte et vakuum i kondensatoren. Således kondenserede al dampen fra cylinderen i den. Takket være denne innovation blev dampekspansionsprocessen kraftigt øget, hvilket igen gjorde det muligt at udvinde meget mere energi fra den samme mængde damp. Det var kronen på værket.
Skaberen af dampmaskinen ændrede også princippet om lufttilførsel. Nu faldt dampen først under stemplet og hævede det derved og samlede sig derefter over stemplet og sænkede det. Således blev begge stemplets slag i mekanismen fungerende, hvilket ikke engang var muligt før. Og forbruget af kul pr. hestekræfter var fire gange mindre end henholdsvis for damp-atmosfæriske maskiner, hvilket var, hvad James Watt forsøgte at opnå. Dampmaskinen erobrede meget hurtigt først Storbritannien og derefter hele verden.
Charlotte Dundas
Efter at hele verden var forbløffet over opfindelsen af James Watt, begyndte den udbredte brug af dampmaskiner. Så i 1802 dukkede det første skib for et par op i England - Charlotte Dundas-båden. Dens skaber er William Symington. Båden blev brugt som bugserpramme langs kanalen. Rollen som mover på skibet blev spillet af et skovlhjul monteret på agterstavnen. Båden bestod testene med succes første gang: den bugserede to enorme pramme 18 miles på seks timer. Samtidig forstyrrede modvinden ham i høj grad. Men han gjorde det.
Og alligevel blev det sat i bero, fordi de frygtede, at på grund af de stærke bølger, der blev skabt under skovlhjulet, ville kanalens bredder blive skyllet ud. Forresten, videreCharlotte blev testet af en mand, som hele verden i dag betragter som skaberen af det første dampskib.
Det første dampskib i verden
Den engelske skibsbygger Robert Fulton drømte om et dampdrevet skib fra sin ungdom. Og nu er hans drøm gået i opfyldelse. Når alt kommer til alt var opfindelsen af dampmaskiner et nyt skub i skibsbygningen. Sammen med udsendingen fra Amerika, R. Livingston, som overtog den materielle side af sagen, tog Fulton fat på projektet med et skib med en dampmaskine. Det var en kompleks opfindelse baseret på ideen om en åreflytter. Langs siderne af skibet strakte sig i en række plader, der efterlignede en masse årer. Samtidig forstyrrede pladerne nu og da hinanden og gik i stykker. I dag kan vi sagtens sige, at den samme effekt kunne opnås med blot tre eller fire fliser. Men set fra datidens videnskab og teknologi var det urealistisk at se dette. Derfor havde skibsbyggere det meget sværere.
I 1803 blev Fultons opfindelse introduceret til verden. Damperen bevægede sig langsomt og jævnt langs Seinen og ramte mange videnskabsmænd og personers sind og fantasi i Paris. Napoleonsregeringen afviste imidlertid projektet, og de utilfredse skibsbyggere blev tvunget til at søge lykken i Amerika.
Og i august 1807 sejlede verdens første dampbåd kaldet Claremont, hvori den kraftigste dampmaskine var involveret (billedet er præsenteret), langs Hudson Bay. Mange troede simpelthen ikke på succes.
Clermont tog afsted på sin jomfrurejse uden last og uden passagerer. Ingen ønskede at gå tilrejse ombord på et ildpustende skib. Men allerede på vej tilbage dukkede den første passager op – en lokal landmand, der bet alte seks dollars for en billet. Han blev den første passager i rederiets historie. Fulton blev så rørt, at han gav vovehalsen en livstids gratis tur på alle sine opfindelser.
