L'invenzione delle macchine a vapore è stata un punto di svolta nella storia umana. Da qualche parte a cavallo tra il XVII e il XVIII secolo, il lavoro manuale inefficiente, le ruote idrauliche e i mulini a vento iniziarono a essere sostituiti con meccanismi completamente nuovi e unici: i motori a vapore. È grazie a loro che le rivoluzioni tecniche e industriali e l'intero progresso dell'umanità sono diventati possibili.
Ma chi ha inventato la macchina a vapore? A chi l'umanità lo deve? E quando è stato? Cercheremo di trovare le risposte a tutte queste domande.
Anche prima della nostra era
La storia della creazione di una macchina a vapore inizia nei primi secoli aC. Hero of Alexandria ha descritto un meccanismo che ha iniziato a funzionare solo quando è stato esposto al vapore. Il dispositivo era una palla su cui erano fissati gli ugelli. Il vapore usciva tangenzialmente dagli ugelli, provocando così la rotazione del motore. È stato il primo dispositivo ad essere alimentato da una coppia.
Il creatore della macchina a vapore (più precisamente della turbina) è Tagi-al-Dinome (filosofo, ingegnere e astronomo arabo). La sua invenzione divenne ampiamente nota inEgitto nel XVI secolo. Il meccanismo era organizzato come segue: i flussi di vapore venivano diretti direttamente al meccanismo con le lame e quando il fumo cadeva, le lame ruotavano. Qualcosa di simile fu proposto nel 1629 dall'ingegnere italiano Giovanni Branca. Lo svantaggio principale di tutte queste invenzioni era il consumo eccessivo di vapore, che a sua volta richiedeva un'enorme quantità di energia e non era consigliabile. Lo sviluppo è stato sospeso, poiché le conoscenze scientifiche e tecniche dell'umanità di allora non erano sufficienti. Inoltre, non c'era affatto bisogno di tali invenzioni.
Sviluppi
Fino al 17° secolo, la creazione di una macchina a vapore era impossibile. Ma non appena il livello di sviluppo umano è salito alle stelle, sono apparse immediatamente le prime copie e invenzioni. Anche se nessuno li prendeva sul serio in quel momento. Così, ad esempio, nel 1663 uno scienziato inglese pubblicò sulla stampa una bozza della sua invenzione, che installò nel castello di Raglan. Il suo dispositivo serviva per sollevare l'acqua sulle pareti delle torri. Tuttavia, come tutto ciò che è nuovo e sconosciuto, questo progetto è stato accettato con dubbio e non c'erano sponsor per il suo ulteriore sviluppo.
La storia della creazione di un motore a vapore inizia con l'invenzione di un motore a vapore atmosferico. Nel 1681, lo scienziato francese Denis Papin inventò un dispositivo che pompava l'acqua dalle miniere. In un primo momento, la polvere da sparo è stata utilizzata come forza motrice, quindi è stata sostituita con vapore acqueo. Così è nata la macchina a vapore. Un enorme contributo al suo miglioramento è stato dato dagli scienziati inglesi, Thomas Newcomen e Thomas Severen. Anche l'inventore autodidatta russo Ivan Polzunov ha fornito un'assistenza inestimabile.
Tentativo fallito di Papin
La macchina a vapore per atmosfera, lungi dall'essere perfetta in quel momento, attirò un'attenzione particolare nell'industria cantieristica. D. Papin spese i suoi ultimi risparmi per l'acquisto di una piccola nave, sulla quale iniziò a installare una macchina vapore-atmosfera per il sollevamento dell'acqua di sua produzione. Il meccanismo d'azione era che, cadendo dall' alto, l'acqua cominciava a far girare le ruote.
L'inventore condusse i suoi test nel 1707 sul fiume Fulda. Molte persone si sono radunate per assistere a un miracolo: una nave che si muoveva lungo il fiume senza vele e senza remi. Durante le prove, però, si verificò un disastro: il motore esplose e diverse persone morirono. Le autorità si sono arrabbiate con lo sfortunato inventore e lo hanno bandito da qualsiasi lavoro e progetto. La nave fu confiscata e distrutta, e pochi anni dopo lo stesso Papin morì.
Errore
Il piroscafo di Papen aveva il seguente principio di funzionamento. Sul fondo del cilindro è stato necessario versare una piccola quantità d'acqua. Sotto il cilindro stesso si trovava un braciere che serviva a scaldare il liquido. Quando l'acqua iniziò a bollire, il vapore risultante, espandendosi, sollevò il pistone. L'aria veniva espulsa dallo spazio sopra il pistone attraverso una valvola appositamente attrezzata. Dopo che l'acqua ha bollito e il vapore ha iniziato a cadere, è stato necessario rimuovere il braciere, chiudere la valvola per rimuovere l'aria e raffreddare le pareti del cilindro con acqua fredda. Grazie a tali azioni, il vapore che era nel cilindro si condensava, formandosi sotto il pistonerarefazione e, a causa della forza della pressione atmosferica, il pistone è tornato di nuovo nella sua posizione originale. Durante il suo movimento verso il basso, è stato svolto un lavoro utile. Tuttavia, l'efficienza della macchina a vapore di Papen era negativa. Il motore del piroscafo era estremamente antieconomico. E, soprattutto, era troppo complicato e scomodo da usare. Pertanto, l'invenzione di Papen non ha avuto futuro sin dall'inizio.
Seguaci
Tuttavia, la storia della creazione della macchina a vapore non è finita qui. Il successivo, già molto più riuscito di Papen, fu lo scienziato inglese Thomas Newcomen. Ha studiato a lungo il lavoro dei suoi predecessori, concentrandosi sulle debolezze. E prendendo il meglio del loro lavoro, creò il proprio apparato nel 1712. La nuova macchina a vapore (nella foto) è stata progettata come segue: è stato utilizzato un cilindro, che era in posizione verticale, oltre a un pistone. Questo Newcomen ha preso dalle opere di Papin. Tuttavia, il vapore si era già formato in un' altra caldaia. L'intera pelle è stata fissata attorno al pistone, il che ha notevolmente aumentato la tenuta all'interno del cilindro del vapore. Questa macchina era anche a vapore atmosferico (l'acqua saliva dalla miniera usando la pressione atmosferica). I principali svantaggi dell'invenzione erano l'ingombro e l'inefficienza: la macchina "mangiava" un'enorme quantità di carbone. Tuttavia, ha portato molti più vantaggi dell'invenzione di Papen. Pertanto, è stato utilizzato nei sotterranei e nelle miniere per quasi cinquant'anni. Era usato per pompare le acque sotterranee e per asciugare le navi. Thomas Newcomen ha cercato di convertire la sua autoin modo che possa essere utilizzato per il traffico. Tuttavia, tutti i suoi tentativi fallirono.
Il prossimo scienziato ad annunciarsi fu D. Hull dall'Inghilterra. Nel 1736 presentò al mondo la sua invenzione: una macchina a vapore per atmosfera, che aveva ruote a pale come motore. Il suo sviluppo ebbe più successo di quello di Papin. Immediatamente, molte di queste navi furono rilasciate. Sono stati utilizzati principalmente per trainare chiatte, navi e altre navi. Tuttavia, l'affidabilità della macchina a vapore atmosferico non ispirava fiducia e le navi erano dotate di vele come motore principale.
E sebbene Hull fosse più fortunato di Papin, le sue invenzioni persero gradualmente rilevanza e furono abbandonate. Tuttavia, le macchine a vapore atmosferiche di quel tempo avevano molte carenze specifiche.
La storia della macchina a vapore in Russia
La prossima svolta avvenne nell'impero russo. Nel 1766 fu realizzata la prima macchina a vapore in uno stabilimento metallurgico a Barnaul, che forniva aria ai forni fusori mediante speciali soffietti. Il suo creatore fu Ivan Ivanovich Polzunov, a cui fu persino assegnato un grado di ufficiale per i servizi alla sua patria. L'inventore ha presentato ai suoi superiori progetti e piani per una "macchina antincendio" in grado di alimentare i mantici.
Tuttavia, il destino ha giocato uno scherzo crudele con Polzunov: sette anni dopo che il suo progetto è stato accettato e l'auto è stata assemblata, si è ammalato ed è morto di consunzione - appena una settimana prima dell'inizio dei suoi testmotore. Tuttavia, le sue istruzioni sono state sufficienti per avviare il motore.
Così, il 7 agosto 1766, la macchina a vapore di Polzunov fu lanciata e messa sotto carico. Tuttavia, nel novembre dello stesso anno, si ruppe. Il motivo si è rivelato essere le pareti troppo sottili della caldaia, non destinate al caricamento. Inoltre, l'inventore ha scritto nelle sue istruzioni che questa caldaia può essere utilizzata solo durante i test. La produzione di una nuova caldaia avrebbe facilmente ripagato, perché l'efficienza della macchina a vapore di Polzunov era positiva. Per 1023 ore di lavoro, più di 14 libbre d'argento sono state fuse con il suo aiuto!
Ma nonostante questo, nessuno ha iniziato a riparare il meccanismo. La macchina a vapore di Polzunov ha raccolto polvere per più di 15 anni in un magazzino, mentre il mondo dell'industria non si è fermato e si è sviluppato. E poi è stato completamente smantellato per parti. Apparentemente, in quel momento, la Russia non era ancora cresciuta con i motori a vapore.
Le esigenze dei tempi
Nel frattempo, la vita non si è fermata. E l'umanità ha costantemente pensato di creare un meccanismo che permettesse di non dipendere dalla natura capricciosa, ma di controllare il destino stesso. Tutti volevano abbandonare la vela il prima possibile. Pertanto, la questione della creazione di un meccanismo a vapore era costantemente sospesa nell'aria. Nel 1753 fu indetto a Parigi un concorso tra artigiani, scienziati e inventori. L'Accademia delle Scienze ha indetto un premio a chi sa creare un meccanismo in grado di sostituire la forza del vento. Ma nonostante il fatto che menti come L. Euler, D. Bernoulli, Canton de Lacroix e altri abbiano partecipato al concorso, nessuno ha fatto una proposta sensata.
Gli anni sono passati. E la rivoluzione industrialecoperto sempre più paesi. Superiorità e leadership tra le altre potenze andarono invariabilmente all'Inghilterra. Alla fine del diciottesimo secolo, fu la Gran Bretagna a diventare l'ideatrice della grande industria, grazie alla quale ottenne il titolo di monopolio mondiale in questo settore. La questione di un motore meccanico ogni giorno diventava sempre più attuale. E un tale motore è stato creato.
Il primo motore a vapore al mondo
1784 ha segnato un punto di svolta nella rivoluzione industriale per l'Inghilterra e il mondo. E la persona responsabile di questo era il meccanico inglese James Watt. La macchina a vapore da lui creata è stata la più grande scoperta del secolo.
James Watt studia da diversi anni i disegni, la struttura ei principi di funzionamento delle macchine a vapore atmosferiche. E sulla base di tutto ciò, ha concluso che per l'efficienza del motore è necessario equalizzare le temperature dell'acqua nel cilindro e del vapore che entra nel meccanismo. Lo svantaggio principale delle macchine a vapore atmosferico era la costante necessità di raffreddare il cilindro con acqua. Era costoso e scomodo.
Il nuovo motore a vapore è stato progettato in modo diverso. Quindi, il cilindro era racchiuso in una speciale giacca a vapore. Così Watt raggiunse il suo stato di riscaldamento costante. L'inventore ha creato un recipiente speciale immerso in acqua fredda (condensatore). Un cilindro è stato fissato ad esso con un tubo. Quando il vapore è stato scaricato nel cilindro, è entrato nel condensatore attraverso un tubo e lì è tornato in acqua. Mentre lavora per migliorare la sua macchina, Wattcreato un vuoto nel condensatore. In questo modo tutto il vapore proveniente dal cilindro si condensava al suo interno. Grazie a questa innovazione è stato notevolmente incrementato il processo di espansione del vapore, che a sua volta ha permesso di estrarre molta più energia dalla stessa quantità di vapore. È stato il coronamento.
Il creatore della macchina a vapore ha anche cambiato il principio dell'alimentazione dell'aria. Ora il vapore è caduto prima sotto il pistone, sollevandolo così, e poi raccolto sopra il pistone, abbassandolo. Pertanto, entrambe le corse del pistone nel meccanismo sono diventate funzionanti, cosa che prima non era nemmeno possibile. E il consumo di carbone per cavallo era quattro volte inferiore rispetto, rispettivamente, alle macchine a vapore atmosferico, che era ciò che James Watt stava cercando di ottenere. La macchina a vapore conquistò molto rapidamente prima la Gran Bretagna e poi il mondo intero.
Charlotte Dundas
Dopo che il mondo intero fu sbalordito dall'invenzione di James Watt, iniziò l'uso diffuso delle macchine a vapore. Così, nel 1802, la prima nave per una coppia apparve in Inghilterra: la barca Charlotte Dundas. Il suo creatore è William Symington. La barca è stata utilizzata come chiatte da rimorchio lungo il canale. Il ruolo del motore sulla nave era svolto da una ruota a pale montata a poppa. La barca ha superato con successo i test la prima volta: ha rimorchiato due enormi chiatte per 18 miglia in sei ore. Allo stesso tempo, il vento contrario ha fortemente interferito con lui. Ma ce l'ha fatta.
Eppure è stato sospeso, perché temevano che a causa delle forti onde che si erano create sotto la ruota a pale, le sponde del canale sarebbero state spazzate via. A proposito, avantiCharlotte è stata messa alla prova da un uomo che oggi il mondo intero considera il creatore del primo piroscafo.
Il primo piroscafo al mondo
Il costruttore navale inglese Robert Fulton ha sognato una nave a vapore fin dalla sua giovinezza. E ora il suo sogno si è avverato. Dopotutto, l'invenzione dei motori a vapore fu un nuovo impulso nella costruzione navale. Insieme all'inviato dall'America, R. Livingston, che ha assunto la parte materiale della questione, Fulton ha intrapreso il progetto di una nave con motore a vapore. Era un'invenzione complessa basata sull'idea di un motore a remo. Lungo le fiancate della nave si stendevano in fila piatti che imitavano molti remi. Allo stesso tempo, le piastre di tanto in tanto interferivano l'una con l' altra e si rompevano. Oggi possiamo tranquillamente affermare che lo stesso effetto si potrebbe ottenere con sole tre o quattro tessere. Ma dal punto di vista della scienza e della tecnologia di quel tempo, non era realistico vederlo. Pertanto, i costruttori navali hanno avuto un momento molto più difficile.
Nel 1803, l'invenzione di Fulton fu introdotta nel mondo. Il piroscafo si muoveva lentamente e uniformemente lungo la Senna, colpendo le menti e l'immaginazione di molti scienziati e figure a Parigi. Tuttavia, il governo napoleonico rifiutò il progetto e gli scontenti costruttori navali furono costretti a cercare fortuna in America.
E nell'agosto del 1807, il primo battello a vapore del mondo chiamato Claremont, in cui era coinvolto il motore a vapore più potente (la foto è presentata), percorse la Baia di Hudson. Molti allora semplicemente non credevano nel successo.
Il Clermont partì per il suo viaggio inaugurale senza carico e senza passeggeri. Nessuno voleva andareviaggiare a bordo di una nave sputafuoco. Ma già sulla via del ritorno è apparso il primo passeggero: un contadino locale che ha pagato sei dollari per un biglietto. Divenne il primo passeggero nella storia della compagnia di navigazione. Fulton fu così commosso che diede al temerario un giro gratis per tutta la vita su tutte le sue invenzioni.
