Die Erfindung der Dampfmaschine war ein Wendepunkt in der Menschheitsgeschichte. Irgendwann um die Wende vom 17. zum 18. Jahrhundert wurden ineffiziente Handarbeit, Wasserräder und Windmühlen durch völlig neue und einzigartige Mechanismen ersetzt - Dampfmaschinen. Ihnen ist es zu verdanken, dass die technischen und industriellen Revolutionen und der gesamte Fortschritt der Menschheit möglich wurden.
Aber wer hat die Dampfmaschine erfunden? Wem ist die Menschheit das zu verdanken? Und wann war es? Wir werden versuchen, Antworten auf all diese Fragen zu finden.
Noch vor unserer Zeitrechnung
Die Entstehungsgeschichte einer Dampfmaschine beginnt in den ersten Jahrhunderten vor Christus. Hero of Alexandria beschrieb einen Mechanismus, der erst dann zu arbeiten begann, wenn er Dampf ausgesetzt wurde. Das Gerät war eine Kugel, an der Düsen befestigt waren. Aus den Düsen trat tangential Dampf aus, wodurch der Motor in Rotation versetzt wurde. Es war das erste Gerät, das von einem Paar betrieben wurde.
Der Schöpfer der Dampfmaschine (genauer gesagt der Turbine) ist Tagi-al-Dinome (arabischer Philosoph, Ingenieur und Astronom). Seine Erfindung wurde weithin bekannt inÄgypten im 16. Jahrhundert. Der Mechanismus war wie folgt angeordnet: Dampfströme wurden mit Klingen direkt auf den Mechanismus gerichtet, und wenn der Rauch fiel, drehten sich die Klingen. Etwas Ähnliches wurde 1629 vom italienischen Ingenieur Giovanni Branca vorgeschlagen. Der Hauptnachteil all dieser Erfindungen war ein zu hoher Dampfverbrauch, der wiederum sehr viel Energie erforderte und nicht ratsam war. Die Entwicklung wurde eingestellt, da die damaligen wissenschaftlichen und technischen Erkenntnisse der Menschheit nicht ausreichten. Außerdem waren solche Erfindungen überhaupt nicht nötig.
Entwicklungen
Bis zum 17. Jahrhundert war die Herstellung einer Dampfmaschine unmöglich. Aber sobald die Messlatte für das Niveau der menschlichen Entwicklung höher wurde, tauchten sofort die ersten Kopien und Erfindungen auf. Obwohl sie damals niemand ernst nahm. So veröffentlichte beispielsweise 1663 ein englischer Wissenschaftler in der Presse einen Entwurf seiner Erfindung, die er in Raglan Castle installierte. Sein Gerät diente dazu, Wasser an den Wänden der Türme zu heben. Doch wie alles Neue und Unbekannte wurde auch dieses Projekt mit Zweifel angenommen und es gab keine Sponsoren für seine Weiterentwicklung.
Die Entstehungsgeschichte einer Dampfmaschine beginnt mit der Erfindung eines atmosphärischen Dampfmotors. 1681 erfand der französische Wissenschaftler Denis Papin ein Gerät, das Wasser aus Minen pumpte. Zunächst wurde Schießpulver als Antriebskraft verwendet und dann durch Wasserdampf ersetzt. So wurde die Dampfmaschine geboren. Einen großen Beitrag zu seiner Verbesserung leisteten die Wissenschaftler aus England, Thomas Newcomen und Thomas Severen. Unschätzbare Hilfe leistete auch der russische Autodidakt Ivan Polzunov.
Papins gescheiterter Versuch
Die damals alles andere als perfekte Dampf-Atmosphären-Maschine erregte im Schiffbau besondere Aufmerksamkeit. D. Papin gab seine letzten Ersparnisse für den Kauf eines kleinen Schiffes aus, auf dem er begann, eine wasserhebende Dampf-Atmosphären-Maschine seiner eigenen Produktion zu installieren. Der Wirkungsmechanismus bestand darin, dass das Wasser beim Fallen aus der Höhe begann, die Räder zu drehen.
Der Erfinder führte seine Versuche 1707 an der Fulda durch. Viele Menschen versammelten sich, um ein Wunder zu sehen: ein Schiff, das ohne Segel und Ruder den Fluss entlangfuhr. Während der Tests ereignete sich jedoch eine Katastrophe: Der Motor explodierte und mehrere Menschen starben. Die Behörden ärgerten sich über den unglücklichen Erfinder und verboten ihm alle Arbeiten und Projekte. Das Schiff wurde beschlagnahmt und zerstört, und ein paar Jahre später starb Papin selbst.
Fehler
Papens Dampfgarer hatte das folgende Funktionsprinzip. Am Boden des Zylinders musste eine kleine Menge Wasser eingegossen werden. Unter dem Zylinder selbst befand sich ein Kohlenbecken, das zum Erhitzen der Flüssigkeit diente. Als das Wasser zu kochen begann, hob der entstehende Dampf, der sich ausdehnte, den Kolben an. Durch ein speziell ausgestattetes Ventil wurde Luft aus dem Raum über dem Kolben ausgestoßen. Nachdem das Wasser kochte und Dampf zu fallen begann, war es notwendig, das Kohlenbecken zu entfernen, das Ventil zu schließen, um Luft zu entfernen, und die Wände des Zylinders mit k altem Wasser zu kühlen. Dank solcher Aktionen kondensierte der im Zylinder befindliche Dampf unter dem KolbenVerdünnung, und aufgrund der Kraft des atmosphärischen Drucks kehrte der Kolben wieder an seinen ursprünglichen Platz zurück. Während seiner Abwärtsbewegung wurde nützliche Arbeit geleistet. Der Wirkungsgrad von Papens Dampfmaschine war jedoch negativ. Die Maschine des Dampfers war äußerst unwirtschaftlich. Und vor allem war es zu kompliziert und unbequem zu bedienen. Daher hatte Papens Erfindung von Anfang an keine Zukunft.
Follower
Damit endete die Entstehungsgeschichte der Dampfmaschine jedoch noch nicht. Der nächste, bereits viel erfolgreicher als Papen, war der englische Wissenschaftler Thomas Newcomen. Er hat sich lange mit der Arbeit seiner Vorgänger auseinandergesetzt und sich dabei auf Schwächen konzentriert. Und indem er das Beste aus ihrer Arbeit nahm, schuf er 1712 seinen eigenen Apparat. Die neue Dampfmaschine (Foto gezeigt) war wie folgt konstruiert: Es wurde ein Zylinder verwendet, der sich in vertikaler Position befand, sowie ein Kolben. Dieser Newcomen schöpfte aus den Werken von Papin. Allerdings bildete sich bereits in einem anderen Kessel Dampf. Um den Kolben herum wurde eine ganze Haut befestigt, was die Dichtigkeit im Inneren des Dampfzylinders erheblich erhöhte. Diese Maschine war auch dampfatmosphärisch (Wasser stieg mit atmosphärischem Druck aus der Mine). Die Hauptnachteile der Erfindung waren ihre Sperrigkeit und Ineffizienz: Die Maschine "aß" eine riesige Menge Kohle. Es brachte jedoch viel mehr Vorteile als die Erfindung von Papen. Daher wird es seit fast fünfzig Jahren in Kerkern und Minen eingesetzt. Es wurde zum Abpumpen von Grundwasser sowie zum Trocknen von Schiffen verwendet. Thomas Newcomen versuchte, sein Auto umzubauendamit es für den Verkehr genutzt werden kann. Alle seine Versuche schlugen jedoch fehl.
Der nächste Wissenschaftler, der sich meldete, war D. Hull aus England. 1736 stellte er der Welt seine Erfindung vor: eine dampf-atmosphärische Maschine, die Schaufelräder als Antrieb hatte. Seine Entwicklung war erfolgreicher als die von Papin. Sofort wurden mehrere solcher Schiffe freigelassen. Sie wurden hauptsächlich zum Schleppen von Lastkähnen, Schiffen und anderen Wasserfahrzeugen verwendet. Die Zuverlässigkeit der atmosphärischen Dampfmaschine erweckte jedoch kein Vertrauen, und die Schiffe wurden mit Segeln als Hauptantrieb ausgestattet.
Und obwohl Hull mehr Glück hatte als Papin, verloren seine Erfindungen nach und nach an Relevanz und wurden aufgegeben. Dennoch hatten die Dampf-Atmosphären-Maschinen dieser Zeit viele spezifische Mängel.
Die Geschichte der Dampfmaschine in Russland
Der nächste Durchbruch geschah im Russischen Reich. 1766 entstand in einem Hüttenwerk in Barnaul die erste Dampfmaschine, die mit speziellen Gebläsebälgen die Schmelzöfen mit Luft versorgte. Sein Schöpfer war Ivan Ivanovich Polzunov, der sogar einen Offiziersrang für Verdienste um sein Heimatland erhielt. Der Erfinder präsentierte seinen Vorgesetzten Blaupausen und Pläne für eine "Feuermaschine", die Blasebälge antreiben kann.
Doch das Schicksal spielte mit Polzunov einen grausamen Streich: Sieben Jahre nachdem sein Projekt angenommen und das Auto zusammengebaut war, erkrankte er und starb an Schwindsucht – nur eine Woche vor Beginn seiner TestsMotor. Seine Anweisungen reichten jedoch aus, um den Motor zu starten.
So wurde am 7. August 1766 Polzunovs Dampfmaschine gestartet und unter Last gesetzt. Im November desselben Jahres brach es jedoch zusammen. Als Grund erwiesen sich zu dünne Wände des Kessels, die nicht zum Laden vorgesehen waren. Darüber hinaus schrieb der Erfinder in seiner Anleitung, dass dieser Kessel nur während des Testens verwendet werden kann. Die Anfertigung eines neuen Kessels würde sich leicht auszahlen, denn der Wirkungsgrad der Dampfmaschine von Polzunov war positiv. In 1023 Arbeitsstunden wurden mit seiner Hilfe mehr als 14 Pfund Silber erschmolzen!
Trotzdem begann niemand, den Mechanismus zu reparieren. Polzunovs Dampfmaschine verstaubte mehr als 15 Jahre in einer Lagerhalle, während die Industriewelt nicht stillstand und sich entwickelte. Und dann wurde es für Teile komplett zerlegt. Anscheinend war Russland zu diesem Zeitpunkt den Dampfmaschinen noch nicht erwachsen geworden.
Die Anforderungen der Zeit
Inzwischen stand das Leben nicht still. Und die Menschheit dachte ständig darüber nach, einen Mechanismus zu schaffen, der es ermöglichen würde, sich nicht auf die launische Natur zu verlassen, sondern das Schicksal selbst zu kontrollieren. Alle wollten das Segel so schnell wie möglich verlassen. Daher hing die Frage nach der Schaffung eines Dampfmechanismus ständig in der Luft. 1753 wurde in Paris ein Wettbewerb unter Handwerkern, Wissenschaftlern und Erfindern ausgeschrieben. Die Akademie der Wissenschaften kündigte eine Auszeichnung für diejenigen an, die einen Mechanismus schaffen können, der die Kraft des Windes ersetzen kann. Aber trotz der Tatsache, dass Köpfe wie L. Euler, D. Bernoulli, Canton de Lacroix und andere an dem Wettbewerb teilgenommen haben, hat niemand einen vernünftigen Vorschlag gemacht.
Die Jahre vergingen. Und die industrielle Revolutiondeckte immer mehr Länder ab. Überlegenheit und Führung unter anderen Mächten gingen ausnahmslos nach England. Ende des 18. Jahrhunderts wurde Großbritannien zum Schöpfer der Großindustrie, dank der es den Titel des Weltmonopols in dieser Industrie gewann. Die Frage nach einem mechanischen Motor wurde jeden Tag immer relevanter. Und eine solche Engine wurde erstellt.
Die erste Dampfmaschine der Welt
1784 markierte einen Wendepunkt in der Industriellen Revolution für England und die Welt. Verantwortlich dafür war der englische Mechaniker James Watt. Die von ihm geschaffene Dampfmaschine war die größte Entdeckung des Jahrhunderts.
James Watt beschäftigt sich seit mehreren Jahren mit den Zeichnungen, dem Aufbau und den Funktionsprinzipien von Dampf-Atmosphären-Maschinen. Und auf der Grundlage all dessen kam er zu dem Schluss, dass es für die Effizienz des Motors notwendig ist, die Temperaturen des Wassers im Zylinder und des Dampfes, der in den Mechanismus eintritt, auszugleichen. Der Hauptnachteil von Dampf-Atmosphären-Maschinen war die ständige Notwendigkeit, den Zylinder mit Wasser zu kühlen. Es war teuer und umständlich.
Die neue Dampfmaschine war anders konstruiert. Also wurde der Zylinder in einen speziellen Dampfmantel eingeschlossen. So erreichte Watt seinen konstant erhitzten Zustand. Der Erfinder hat ein spezielles Gefäß geschaffen, das in k altes Wasser getaucht ist (Kondensator). Ein Zylinder wurde mit einem Rohr daran befestigt. Als der Dampf im Zylinder erschöpft war, trat er durch ein Rohr in den Kondensator ein und verwandelte sich dort wieder in Wasser. Während er an der Verbesserung seiner Maschine arbeitete, hat Watterzeugte ein Vakuum im Kondensator. Somit kondensiert der gesamte aus dem Zylinder kommende Dampf darin. Dank dieser Innovation wurde der Dampfexpansionsprozess stark erhöht, was es wiederum ermöglichte, viel mehr Energie aus der gleichen Dampfmenge zu gewinnen. Es war die Krönung.
Der Erfinder der Dampfmaschine veränderte auch das Prinzip der Luftzufuhr. Jetzt fiel der Dampf zuerst unter den Kolben und hob ihn dadurch an und sammelte sich dann über dem Kolben und senkte ihn. Somit funktionierten beide Hübe des Kolbens im Mechanismus, was vorher nicht einmal möglich war. Und der Kohleverbrauch pro Pferdestärke war viermal geringer als bei Dampf-Atmosphären-Maschinen, was James Watt zu erreichen versuchte. Die Dampfmaschine eroberte sehr schnell zuerst Großbritannien und dann die ganze Welt.
Charlotte Dundas
Nachdem die ganze Welt über die Erfindung von James Watt gestaunt hatte, begann die weite Verbreitung von Dampfmaschinen. So tauchte 1802 in England das erste Schiff für ein Paar auf - das Boot Charlotte Dundas. Sein Schöpfer ist William Symington. Das Boot wurde als Schleppkahn entlang des Kanals eingesetzt. Die Rolle des Mover auf dem Schiff übernahm ein am Heck montiertes Schaufelrad. Das Boot bestand die Tests beim ersten Mal erfolgreich: Es schleppte zwei riesige Lastkähne in sechs Stunden 18 Meilen weit. Gleichzeitig störte ihn der Gegenwind stark. Aber er hat es geschafft.
Und doch wurde es auf Eis gelegt, weil man befürchtete, dass durch die starken Wellen, die unter dem Schaufelrad entstehen, die Ufer des Kanals ausgewaschen würden. Übrigens weiterCharlotte wurde von einem Mann getestet, den die ganze Welt heute als den Schöpfer des ersten Dampfschiffs betrachtet.
Das erste Dampfschiff der Welt
Der englische Schiffsbauer Robert Fulton träumte seit seiner Jugend von einem Dampfschiff. Und jetzt ist sein Traum wahr geworden. Schließlich war die Erfindung der Dampfmaschine ein neuer Impuls für den Schiffbau. Zusammen mit dem Gesandten aus Amerika, R. Livingston, der die materielle Seite der Angelegenheit übernahm, nahm Fulton das Projekt eines Schiffes mit Dampfmaschine auf. Es war eine komplexe Erfindung, die auf der Idee eines Ruderbewegers basierte. An den Seiten des Schiffes lagen in einer Reihe Platten, die viele Ruder imitierten. Gleichzeitig störten sich die Platten hin und wieder und brachen. Heute können wir ohne Weiteres sagen, dass der gleiche Effekt mit nur drei oder vier Fliesen erzielt werden könnte. Aber vom Standpunkt der damaligen Wissenschaft und Technik war es unrealistisch, dies zu sehen. Schiffsbauer hatten es daher viel schwerer.
1803 wurde Fultons Erfindung der Welt vorgestellt. Der Dampfer bewegte sich langsam und gleichmäßig entlang der Seine und berührte den Verstand und die Vorstellungskraft vieler Wissenschaftler und Persönlichkeiten in Paris. Die napoleonische Regierung lehnte das Projekt jedoch ab, und die verärgerten Schiffbauer waren gezwungen, ihr Glück in Amerika zu suchen.
Und im August 1807 fuhr das weltweit erste Dampfschiff namens Claremont, an dem die stärkste Dampfmaschine beteiligt war (Foto wird präsentiert), entlang der Hudson Bay. Viele haben damals einfach nicht an den Erfolg geglaubt.
Die Clermont brach ohne Fracht und ohne Passagiere zu ihrer Jungfernfahrt auf. Niemand wollte hinReisen Sie an Bord eines feuerspeienden Schiffes. Doch schon auf dem Rückweg tauchte der erste Passagier auf – ein ortsansässiger Farmer, der sechs Dollar für ein Ticket bezahlte. Er wurde der erste Passagier in der Geschichte der Reederei. Fulton war so gerührt, dass er dem Draufgänger eine lebenslange freie Fahrt mit all seinen Erfindungen gab.
