Занимательная техника в прошлом - Лебедев Василий Иванович. Страница 7
Уатту пришлось прибегнуть к ртути, стекольной замазке, войлоку, чтобы лучше «пригнать» поршень к цилиндру. Случалось, однако, что один конец цилиндра по диаметру был менее на целую восьмую дюйма в сравнении с другим. Как могли быть прилажены поршни к такому цилиндру? Вот почему одной из первых задач, вставших перед тогдашней техникой, было улучшение методов обработки металлов. И уже в 1797 г. появляется улучшенный токарный станок Модлея «с супортом», который позволил механизировать работу и изготовлять одинаковые блоки, шайбы и пр.
Рис. 31. Машина Уатта 1788 г. в одном из Лондонских музеев.
С появлением хороших станков возможно было дальнейшее улучшение паровой машины, которая, в свою очередь, позволила улучшать машины по обработке металла и т. д.
История паровой машины в XIX веке
Говорят, что XIX век — век пара. Такая характеристика станет вполне понятна, когда мы увидим те новые машины начала XIX в., которые позволили «парофицировать» почти все производства и транспорт.
В 1805 г. появился первый паровоз, перевозивший уголь; в 1807 г. заработал первый пароход.
В 1814 г. впервые паровой двигатель был применен к типографским машинам: немецкий изобретатель Кёниг поставил машину для английской газеты «Таймс», приводимую в действие паровым двигателем, и сразу стало возможно иметь до 1000 экземпляров газеты в час. Тогда эта цифра поражала типографов: сейчас, когда существуют «ротационные машины», эта цифра не велика [2].
В 1842 г. на заводах Крезо начал работать паровой молот.
В 1855 году в Англии входят в употребление паровые плуги.
Однако, XIX век замечателен не только своей «парофикацией». В этом веке произошли и другие события, которые подготовили новый переворот в истории всей техники.
Вечный двигатель
Говоря о достижениях в области машины в XVIII веке, я не упомянул об одном интересном явлении, которое наблюдается на протяжении почти всей истории машины — о попытках построить так называемый «вечный двигатель».
Нельзя указать точно, когда возникла эта идея о «перпетуум мобиле» (латинское название «вечного двигателя»), кто был первый ее автор и вдохновитель. Нет сомнения, однако, что задача о вечном двигателе казалась чрезвычайно соблазнительной по своим последствиям. Вечный двигатель — это двигатель, который работает даром.
Магнит, по-видимому, благодаря своей неиссякаемой силе, должен был очень рано толкнуть на размышление о вечном двигателе. Есть основание предполагать, что использование воды и ветра как двигателей должно было навести также на идею (совершенно ложную) о вечном движении. Несерьезному созерцателю водяной мельницы казалось, что остается сделать один шаг, как-то приспособить колеса, которые подымали бы воду, — и вечный двигатель готов. Изобретение часов с гирями и различных автоматов — также должно было вдохновить механиков-часовщиков к созданию «вечных часов».
Увлечение вечными двигателями и всевозможными автоматами несколько ослабело, когда был установлен закон сохранения энергии (1847 г.). С тех пор перед техниками стал вопрос о так называемом «коэффициенте полезного действия машины». Все улучшения паровой машины в XIX и XX вв. были направлены на повышение их полезного действия (т. е. к уменьшению траты угля). Желая повысить полезное действие, изобретатели придумали ряд новых тепловых двигателей: паровую турбину, дизель. Самая лучшая паровая машина имеет коэффициент полезного действия — 18 %, дизель — 25 %, бензиновый мотор — 40 %. В этом виден прогресс XIX века.
Начало электрификации
Я должен упомянуть еще об одном замечательном изобретении XIX века — «динамомашине». Такую машину вы можете видеть на любой электрической станции. Можно точно сказать, кем она изобретена, указать не только год, но даже день рождения этой машины. Этот день — 1 января 1867 г., когда германским изобретателем Вернером Сименсом был сделан знаменитый доклад Берлинской Академии наук на тему — «О превращении механической энергии в электрический ток — без посредства постоянных магнитов».
Рис. 32. Знаменитый германский электротехник Вернер Сименс (1816–1892).
В этом состоит принцип динамомашины. Благодаря счастливой идее Сименса, стало возможным то развитие электротехники, которое мы наблюдаем в наше время, а вместе с тем и тот экономический переворот, который несет в себе электрификация промышленности.
Появление динамомашины, а затем изобретение методов передачи энергии по проводам — один из последних моментов не только в истории двигателя, но и в истории машин-орудий. Так, вместо «паровых орудий» и паровых транспортных машин мы наблюдаем в XX веке, благодаря развитию электротехники, — электрический телеграф, электрическую тягу, электрическое паяние, электрический плуг, электрическую швейную машину и т. п.
Рис. 33. Одна из первых динамомашин Вернера Сименса.
В борьбе с энергетическим голодом
Мне остается указать на многочисленные попытки изобретателей в строительстве машин, использующих различные другие виды энергии, которыми пренебрегал прежде человек.
В богатых солнцем странах строятся — «солнечные машины», которым, по-видимому, суждено сыграть большую роль в виду надвигающегося мирового голода энергии.
Не менее интересны машины, использующие энергию морских волн, энергию приливов и отливов…
Наконец, делаются попытки использовать при помощи специальных машин теплоту земного шара, — этот последний может быть источником имеющихся запасов энергии на земле, когда иссякнут запасы черного угля и будут до конца использованы угли «белый» (вода) и «синий» (ветер)…
Первые солнечные машины
Солнце — единственный пополнитель имеющихся запасов энергии на Земле. Когда иссякнут все запасы топлива, перед человеком будет стоять вопрос о том, чтобы как можно лучше использовать ту энергию, которую посылает нам Солнце.
Температура поверхности Солнца — около 6000° Ц. По подсчетам Аррениуса, в год температура поверхности Земли достигает 530·108 биллионов больших калорий [3].Попробуем представить себе это число. Для сравнения возьмем количество тепла, содержащееся в том угле, который сжигается на всех заводах, фабриках, паровозах и пр. По подсчетам того же Аррениуса, это число равно около 7000 биллионов калорий (для 1921 г.). 530 000 000 и 7000 —вот те числа, которые вы должны сравнить.
Вы видите, что тепло, доходящее от Солнца на Землю, более чем в 75000 раз превосходит тепло, добываемое от топлива на Земле.
На квадратную поверхность, находящуюся на высоте 20 м над уровнем моря, перпендикулярную к солнечным лучам, размером в 1 кв. м, каждую минуту падает приблизительно 9 калорий лучистой энергии (по Аррениусу), при чем количество получаемой энергии увеличивается с высотой. По измерениям физика Крова, на высоте 1900 м количество «упавших» калорий уже будет 14, вместо 9. Русский ученый Ганский, пользовавшийся очень чувствительными приборами, произвел измерения на Монблане (высота 4810 м) и нашел, что там на каждый квадратный метр Солнце посылает 34 больших калорий в минуту.
Разница эта объясняется тем, что на высоте 1900 м содержится приблизительно в 5 1/2 раз меньше водяных паров, чем на высоте 20 м. Пары воды в атмосфере являются главными поглотителями лучистой энергии. Так как одна калория тепла соответствует 427 килограммометрам работы и так как одна лошадиная сила равна 75 килограммометрам в секунду, то 9 калорий в минуту равносильны приблизительно 0,86 лошадиной силы. Если подсчитать, сколько это выйдет на квадр. километр, то получим 860 000 лошадиных сил!