La storia dell'invenzione dei motori a vapore. Creazione di un motore a vapore

Le possibilità di utilizzare l'energia del vapore erano note all'inizio della nostra era. Ciò è confermato dal dispositivo chiamato Geronovsky eolipil, creato dall'antico meccanico greco Heron of Alexandria. L'antica invenzione può essere attribuita ad una turbina a vapore, la cui sfera è ruotata a causa della forza di getti di vapore acqueo.

Adattare il vapore per il motore è diventato possibile nel XVII secolo. Questa invenzione non è stata usata a lungo, ma ha dato un contributo significativo allo sviluppo dell'umanità. Inoltre, la storia dell'invenzione dei motori a vapore è molto eccitante.

nozione

Il motore a vapore è costituito da un motore termico a combustione esterna, che dall'energia del vapore acqueo crea un movimento meccanico del pistone, che a sua volta fa ruotare l'albero. La potenza del motore a vapore è di solito misurata in watt.

Storia dell'invenzione

La storia dell'invenzione dei motori a vapore è associata alla conoscenza della civiltà greca antica. Per molto tempo nessuno ha usato le opere di questa era. Nel XVI secolo, si tentò di creare una turbina a vapore. Un fisico e ingegnere turco Takiyuddin ash-Shami lavorò in Egitto su questo.

L'interesse per questo problema riapparve nel XVII secolo. Nel 1629, Giovanni Branca propose la sua versione di una turbina a vapore. Tuttavia, l'invenzione ha perso una grande quantità di energia. Un ulteriore sviluppo ha richiesto condizioni economiche appropriate che appariranno in seguito.

Il primo a inventare il motore a vapore è Denis Papen. L'invenzione era un cilindro con un pistone in aumento a causa del vapore e discendente come risultato della sua condensazione. Lo stesso principio di funzionamento aveva i dispositivi di Severy e Newcomen (1705). L'attrezzatura utilizzata per il pompaggio dell'acqua dalle lavorazioni nell'estrazione di minerali.

Il dispositivo fu infine migliorato da Watt nel 1769.

Invenzioni Denis Papen

Denis Papen era un medico addestrando. Nato in Francia, nel 1675 si trasferì in Inghilterra. È conosciuto per le sue numerose invenzioni. Uno di questi è una pentola a pressione, che è stata chiamata "caldaia Papen".

Egli è stato in grado di identificare la relazione tra i due fenomeni, vale a dire il punto di ebollizione del liquido (acqua) e la pressione emergente. A causa di ciò, creò una caldaia sigillata, all'interno della quale fu aumentata la pressione, a causa della quale l'acqua cominciò a bollire più tardi del solito e la temperatura di lavorazione dei prodotti in essa contenuti aumentò. Quindi, la velocità di cottura è aumentata.

Nel 1674, l'inventore medico creò un motore a polvere. Il suo compito era che quando la polvere si accendeva, il pistone si muoveva nel cilindro. Si formò un vuoto debole nel cilindro e la pressione atmosferica restituì il pistone al suo posto. Gli elementi gassosi formati in questo processo sono usciti attraverso la valvola, e il resto si è raffreddato.

Nel 1698, Papen fu in grado di creare un aggregato sullo stesso principio, lavorando non sulla polvere da sparo, ma sull'acqua. Quindi, è stata creata la prima macchina a vapore. Nonostante i significativi progressi a cui l'idea potrebbe portare, non ha portato significativi benefici al suo inventore. Ciò era dovuto al fatto che in precedenza un altro meccanico, Seyver, aveva già brevettato una pompa di vapore e non aveva ancora inventato nessun altro uso per tali unità.

Denis Papen morì a Londra nel 1714. Nonostante il fatto che il primo motore a vapore fu inventato da lui, lasciò questo mondo in difficoltà e solitudine.

Invenzioni di Thomas Newcomen

Più successo in termini di dividendi è stato l'inglese Newcomen. Quando Papen ha creato la sua auto, Thomas aveva 35 anni. Ha studiato attentamente il lavoro di Saveri e Papen ed è stato in grado di comprendere le carenze di entrambe le strutture. Da loro ha preso tutte le idee migliori.

Già nel 1712, in collaborazione con il maestro di vetri e acquedotti John Callie, creò il suo primo modello. Così ha continuato la storia dell'invenzione dei motori a vapore.

Puoi spiegare brevemente il modello creato come segue:

• Il design combinava in sé un cilindro verticale e un pistone, come a Papen.
• La creazione del vapore avveniva in una caldaia separata, che funzionava secondo il principio della macchina Saveri.
• La tenuta del cilindro del vapore è stata ottenuta dalla pelle, che era coperta da un pistone.

L'unità di Newcomen ha sollevato l'acqua dalle miniere con la pressione atmosferica. La macchina si distingueva per le sue dimensioni solide e richiedeva una grande quantità di carbone per funzionare. Nonostante queste carenze, il modello di Newcomen è stato utilizzato nelle miniere per mezzo secolo. Ha anche permesso di riaprire le miniere, che sono state abbandonate a causa di inondazioni con acque sotterranee.

Nel 1722, l'invenzione di Newcomen dimostrò la sua efficacia pompando acqua da una nave a Kronstadt in sole due settimane. Sistema con mulino a vento potrebbe farlo in un anno

A causa del fatto che l'auto è stata creata sulla base delle prime versioni, il meccanico inglese non ha potuto ottenere un brevetto per questo. I progettisti hanno provato ad applicare l'invenzione al movimento del veicolo, ma hanno fallito. Allo stesso tempo, la storia dell'invenzione dei motori a vapore non si è fermata.

L'invenzione di Watt

Il primo a inventare attrezzature è di dimensioni compatte, ma abbastanza potente, James Watt. Il motore a vapore era il primo del suo genere. Un meccanico dell'Università di Glasgow nel 1763 iniziò a riparare l'unità di vapore di Newcomen. Come risultato della riparazione, ha capito come ridurre il consumo di carburante. Per questo è stato necessario mantenere il cilindro in uno stato costantemente riscaldato. Tuttavia, il motore a vapore di Watt non poteva essere pronto fino a quando non fu risolto il problema della condensazione del vapore.

La decisione arrivò quando un meccanico superò i lavandini e notò che sbuffi di vapore stavano uscendo da sotto le coperte delle caldaie. Si è reso conto che il vapore è un gas e ha bisogno di muoversi in un cilindro a pressione ridotta.

Avendo raggiunto la tenuta all'interno del cilindro del vapore usando la corda di canapa imbevuta di olio, Watt è stata in grado di rinunciare alla pressione atmosferica. Questo è stato un grande passo avanti.

Nel 1769 un meccanico ricevette un brevetto che affermava che la temperatura del motore in un motore a vapore corrisponderebbe sempre alla temperatura del vapore. Tuttavia, gli affari dell'inventore sfortunato non andarono bene come previsto. Fu costretto a depositare un brevetto per i debiti.

Nel 1772, incontrò Matthew Bolton, che era un ricco industriale. Ha comprato e restituito a Watt i suoi brevetti. L'inventore tornò al lavoro, sostenuto da Bolton. Nel 1773, il motore a vapore di Watt superò il test e dimostrò che consuma carbone molto meno delle sue controparti. Un anno dopo, l'uscita delle sue auto iniziò in Inghilterra.

Nel 1781, l'inventore riuscì a brevettare la sua prossima creazione: un motore a vapore per la guida di macchine industriali. Dopo un po 'tutte queste tecnologie permetteranno di spostare treni e vaporetti con l'aiuto del vapore. Questo cambierà completamente la vita di una persona.

Una delle persone che ha cambiato la vita di molti è stata James Watt, la cui macchina a vapore ha accelerato il progresso tecnico.

Invenzione Polzunova

Il progetto del primo motore a vapore, che poteva attivare vari meccanismi di funzionamento, fu creato nel 1763. È stato sviluppato dal meccanico russo I.Polzunov, che lavorava negli stabilimenti minerari di Altai.

Il capo delle piante ha familiarizzato con il progetto e ha ricevuto l'approvazione per creare un dispositivo da San Pietroburgo. Il motore a vapore Polzunova è stato riconosciuto, e il lavoro sulla sua creazione è stato assegnato all'autore del progetto. Quest'ultimo ha voluto innanzitutto assemblare il modello in miniatura, al fine di identificare ed eliminare possibili carenze che non sono visibili sulla carta. Tuttavia, gli fu ordinato di iniziare a costruire una grande macchina potente.

Polzunov ricevette assistenti, due dei quali inclini ai meccanici, e due dovevano fare un lavoro ausiliario. La creazione di un motore a vapore ha richiesto un anno e nove mesi. Quando il motore a vapore di Polzunov era quasi pronto, si ammalò di consumo. Il creatore è morto pochi giorni prima dei primi test.

Tutte le azioni nella macchina erano automatiche, lei poteva lavorare continuamente. Ciò è stato dimostrato nel 1766, quando gli studenti di Polzunov hanno condotto gli ultimi test. Un mese dopo, l'attrezzatura è stata messa in funzione.

L'auto non solo ha pagato i soldi spesi, ma ha anche dato un profitto ai suoi proprietari. Entro la caduta, il calderone trapelò e il lavoro si fermò. L'unità potrebbe essere riparata, ma i capi della fabbrica non erano interessati. L'auto fu abbandonata e un decennio dopo smantellata per inutilità.

Principio di funzionamento

Per il funzionamento dell'intero sistema è necessaria una caldaia a vapore. Il vapore risultante si espande e preme contro il pistone, provocando il movimento delle parti meccaniche.

Il principio di funzionamento è meglio esplorato usando l'illustrazione seguente.

Se non dipingi i dettagli, allora il lavoro del motore a vapore è quello di convertire l'energia del vapore in movimento meccanico il pistone.

Coefficiente di prestazione

L'efficienza del motore a vapore è determinata dal rapporto tra utile lavoro meccanico in relazione al calore esaurito contenuto nel carburante. L'energia che viene rilasciata nell'ambiente in quanto calore non viene presa in considerazione.

L'efficienza del motore a vapore è misurata in percentuale. L'efficienza pratica sarà dell'1 all'8%. In presenza di un condensatore e dell'espansione della parte di flusso, l'indicatore può aumentare fino al 25%.

vantaggi

Il principale vantaggio delle apparecchiature a vapore è che la caldaia può utilizzare qualsiasi fonte di calore, sia carbone che uranio, come combustibile. Questo lo distingue in modo significativo dal motore a combustione interna. A seconda del tipo di quest'ultimo, è richiesto un certo tipo di carburante.

La storia dell'invenzione dei motori a vapore ha mostrato vantaggi che sono ancora evidenti oggi, dal momento che l'energia nucleare può essere utilizzata per l'analogo del vapore. Da solo reattore nucleare non può convertire la loro energia in lavoro meccanico, ma è in grado di emettere una grande quantità di calore. Viene quindi utilizzato per formare il vapore, che metterà in movimento la macchina. L'energia solare può essere utilizzata allo stesso modo.

Le locomotive che lavorano su una coppia, si mostrano bene ad alta quota. L'efficacia del loro lavoro non soffre di una ridotta pressione atmosferica in montagna. Le locomotive sono ancora utilizzate nelle montagne dell'America Latina.

Austria e Svizzera utilizzano nuove versioni di locomotive a vapore secco. Mostrano alta efficienza a causa di molti miglioramenti. Non chiedono di mantenere e consumare le frazioni di olio leggero come combustibile. Con gli indicatori economici, sono paragonabili alle moderne locomotive elettriche. Allo stesso tempo, le locomotive sono molto più leggere delle loro controparti diesel ed elettriche. Questo è un grande vantaggio in condizioni montuose.

carenze

Gli svantaggi includono, soprattutto, bassa efficienza. Aggiungi a questo il design ingombrante e bassa velocità. Questo è diventato particolarmente evidente dopo la comparsa del motore a combustione interna.

applicazione

Chi ha inventato il motore a vapore è già noto. Resta da scoprire dove sono stati utilizzati. Fino alla metà del XX secolo, i motori a vapore venivano utilizzati nell'industria. Sono stati anche utilizzati per il trasporto ferroviario e a vapore.

Piante che hanno sfruttato motori a vapore :

• zucchero;
• scatola di fiammiferi;
• cartiere;
• tessile;
• imprese alimentari (in alcuni casi).

Anche le turbine a vapore appartengono a questa apparecchiatura. Con il loro aiuto, i generatori di elettricità funzionano ancora. Circa l'80% dell'elettricità mondiale viene generata utilizzando turbine a vapore.

Un tempo, sono stati creati vari tipi di trasporto che funzionano su un motore a vapore. Alcuni non hanno messo radici a causa di problemi irrisolti, mentre altri continuano a lavorare oggi.

Veicoli con motore a vapore:

• auto;
• trattore;
• un escavatore;
• un aeroplano;
• locomotiva;
• navi;
• trattore

Questa è la storia dell'invenzione dei motori a vapore. Puoi considerare brevemente un buon esempio della macchina da corsa Serpolla, creata nel 1902. Fu stabilito un record mondiale per la velocità, che ammontava a 120 km all'ora a terra. Ecco perché le macchine a vapore erano competitive rispetto alle controparti elettriche e benzina.

Così, negli Stati Uniti nel 1900, furono prodotte la maggior parte dei motori a vapore. Si incontrarono sulle strade fino agli anni Trenta del Novecento.

La maggior parte di questo trasporto è diventato impopolare dopo la comparsa del motore a combustione interna, la cui efficienza è molto più elevata. Queste macchine erano più economiche, mentre leggere e veloci.

Steampunk come spirito dell'era dei motori a vapore

Parlando di motori a vapore, voglio menzionare la direzione popolare - steampunk. Il termine consiste di due parole inglesi: "coppie" e "protesta". Steampunk è un tipo di fantascienza che narra della seconda metà del XIX secolo nell'Inghilterra vittoriana. Questo periodo storico è spesso indicato come l'età della coppia.

Tutte le opere hanno una caratteristica distintiva - raccontano la vita della seconda metà del XIX secolo, lo stile della narrazione ricorda il romanzo "The Time Machine" di HG Le trame descrivono i paesaggi cittadini, gli edifici pubblici, le attrezzature. Un posto speciale è dato a dirigibili, vecchie macchine, invenzioni fantasiose. Tutte le parti metalliche sono state fissate con rivetti, poiché la saldatura non è stata ancora applicata.

Il termine "steampunk" apparve nel 1987. La sua popolarità è associata all'avvento del romanzo "Difference Machine". Fu scritto nel 1990 da William Gibson e Bruce Sterling.

All'inizio del XXI secolo diversi film famosi furono pubblicati in questa direzione:

• "Macchina del tempo";
• League of Outstanding Gentlemen;
• "Van Helsing."

I precursori di steampunk includono opere di Jules Verne e Gregory Adamov. Di volta in volta, l'interesse per quest'area si manifesta in tutte le sfere della vita, dal cinema all'abbigliamento casual.