Завоевание природы

Как одно и то же количество топлива может дать в одной машине меньшую работу, а в другой большую — это нам покажет история покорения силы пара и дальнейших побед техники в области использования доставляемого углем тепла для работы.

3. Покорение силы пара.

Каждый видел, как подпрыгивает крышка чайника, когда в нем бурно кипит вода. Тепло, получившееся от сжигаемого топлива, нагрело воду и обратило ее в пар расширяется и подбрасывает крышку чайника, т.-е. производит определенную работу. Здесь эта работа идет впустую и пропадает для нас бесполезно, да она и не велика. Но работу, производимую расширяющимся паром, можно превратить и в полезную для нас работу, что и делается в паровых машинах.

Когда появилась первая паровая машина?

Приборы, которые приводились в движение силой пара, были известны довольно давно, но они долгое время оставались только забавными игрушками. Настоящие же паровые машины начали появляться всего лет 200—250 тому назад. К этому времени стала развиваться промышленность, которая нуждалась в двигателе.

Первую такую машину построил французский врач; Денис Папин в 1690 году. Родился он во Франции, там учился, а потом занимался лечением. Но так как Папин был более свободных религиозных убеждений чем те, которые господствовали тогда во Франции, то его стали преследовать попы и он принужден был покинуть родину. Пришлось ему жить и в Англии, и в Италии, и в Германии. Везде Папин с увлечением занимался наукой и особенно интересовался техникой. Изобретенная им паровая машина работала следующим образом (рис. 13).

В металлическом цилиндре мог двигаться плотно пригнанный поршень. К поршню привязывалась веревка, перекидывалась через блоки, а на другом конце веревки подвешивался груз. Внутрь цилиндра, под поршень, Папин наливал воды и нагревал ее снизу. Получавшийся из воды пар давил на поршень и поднимал его, при чем груз, конечно, опускался. После этого Папин быстро убирал из под цилиндра огонь. Тогда охлаждавшийся пар снова сгущался в воду, под поршнем получалась пустота, а снаружи ведь на него давил воздух. Этим давлением поршень опять вгонялся глубоко в цилиндр и тянул за собой груз, т.-е. поднимал его.

Само собой разумеется, что такая машина работала очень медленно и плохо. Однако Папин пытался приспособить ее и для полезной работы. Пробовал он заставлять работать машину и с помощью взрывов пороха. Тут ему опять не повезло. При одном из опытов, производившихся в тогдашних владениях "великого герцога Гессенского", цилиндр разорвало, при чем пострадало несколько зрителей. Герцог стал преследовать Папина и последнему пришлось бежать в Англию. Там он попробовал приспособить свою машину для движения лодки и истратил на это все свое состояние. Дело было пошло на лад, но темные лодочники, боявшиеся лишиться заработков, разгромили "дьявольское изобретение" Папина. После этого у него уже не оставалось средств на продолжение опытов и он умер в бедности, всеми позабытый.

А между тем наступало время, когда применение паровой машины начинало становиться насущной необходимостью. В Англии сильно развивалась промышленность, требовавшая все большего и большего количества топлива. Уничтожение лесов приняло угрожающие размеры. Для того чтобы избежать полного обезлесения страны, пришлось приняться за разработку запасов другого топлива — залежей каменного угля. Каменный уголь, как известно, лежит довольно глубоко в земле, и для извлечения его нужно прокладывать глубокие шахты. В шахтах скопляется подземная вода, которая мешает работе: ее нужно откачивать. Сначала для откачки воды из шахт применяли силу людей и лошадей. Но чем глубже становились шахты, тем труднее было устранять воду из шахт силами людей и животных. Нужда заставила приспособить для этого силу пара.

После многих и трудных опытов это удалось впервые сделать англичанину Ньюкомену. Он поставил в 1712 году для откачки воды паровую машину, которая делала всего на всего десять подъемов в минуту. Но эта машина заменяла уже работу 50 лошадей и требовала в шесть раз меньше расходов. Устроена она была так (рис. 14).

Необходимый для приведения машины в движение пар получался уже не под поршнем (как у Панина), а в отдельном котле (внизу), в котором нагревалась вода. Пар по трубке проходил в цилиндр и гнал поршень вверх. Как только поршень доходил до верху, внизу поворотом особого крана закрывали доступ пара в цилиндр, а цилиндр обливали холодной водой. Тогда от охлаждения пар сгущался в воду, под поршнем образовывалась пустота, а сверху на поршень давил воздух. Поэтому поршень снова шел вниз. Как видно из рисунка, поршень своим движением качал коромысло, которое опускало и поднимало связанную с ним штангу водяного насоса и таким образом откачивало воду.

Обливать каждый раз цилиндр снаружи холодной водой было неудобно, а потому скоро придумали впрыскивать холодную воду из особого сосуда через трубку прямо под поршень. Вскоре было сделано и другое усовершенствование.