A invenção das máquinas a vapor foi um ponto de virada na história da humanidade. Em algum lugar na virada dos séculos 17 para 18, o trabalho manual ineficiente, rodas d'água e moinhos de vento começaram a ser substituídos por mecanismos completamente novos e únicos - motores a vapor. É graças a eles que as revoluções técnica e industrial e todo o progresso da humanidade se tornaram possíveis.
Mas quem inventou a máquina a vapor? A quem a humanidade deve isso? E quando foi? Tentaremos encontrar respostas para todas essas perguntas.
Mesmo antes da nossa era
A história da criação de uma máquina a vapor começa nos primeiros séculos aC. Herói de Alexandria descreveu um mecanismo que só começou a funcionar quando foi exposto ao vapor. O dispositivo era uma bola na qual os bicos eram fixados. O vapor saiu tangencialmente dos bicos, fazendo com que o motor girasse. Foi o primeiro dispositivo a ser alimentado por um casal.
O criador da máquina a vapor (mais precisamente, a turbina) é Tagi-al-Dinome (filósofo, engenheiro e astrônomo árabe). Sua invenção tornou-se amplamente conhecida emEgito no século XVI. O mecanismo foi organizado da seguinte forma: fluxos de vapor foram direcionados diretamente para o mecanismo com lâminas e, quando a fumaça caiu, as lâminas giraram. Algo semelhante foi proposto em 1629 pelo engenheiro italiano Giovanni Branca. A principal desvantagem de todas essas invenções era o consumo excessivo de vapor, que por sua vez exigia uma enorme quantidade de energia e não era aconselhável. O desenvolvimento foi suspenso, pois o então conhecimento científico e técnico da humanidade não era suficiente. Além disso, não havia necessidade de tais invenções.
Desenvolvimentos
Até o século XVII, a criação de uma máquina a vapor era impossível. Mas assim que o nível de desenvolvimento humano disparou, as primeiras cópias e invenções apareceram imediatamente. Embora ninguém os levasse a sério naquela época. Assim, por exemplo, em 1663, um cientista inglês publicou na imprensa um esboço de sua invenção, que instalou no Castelo de Raglan. Seu aparelho serviu para levantar água nas paredes das torres. No entanto, como tudo novo e desconhecido, este projeto foi aceito com dúvidas, e não houve patrocinadores para o seu desenvolvimento.
A história da criação de um motor a vapor começa com a invenção de um motor a vapor atmosférico. Em 1681, o cientista francês Denis Papin inventou um dispositivo que bombeava água para fora das minas. No início, a pólvora foi usada como força motriz e depois foi substituída por vapor de água. Assim nasceu a máquina a vapor. Uma enorme contribuição para o seu aprimoramento foi feita por cientistas da Inglaterra, Thomas Newcomen e Thomas Severen. O inventor russo autodidata Ivan Polzunov também forneceu assistência inestimável.
Tentativa fracassada de Papin
A máquina a vapor-atmosférica, longe de ser perfeita na época, atraiu atenção especial na indústria naval. D. Papin gastou suas últimas economias na compra de uma pequena embarcação, na qual começou a instalar uma máquina de elevação de água a vapor-atmosférica de sua própria produção. O mecanismo de ação foi que, caindo de uma altura, a água começou a girar as rodas.
O inventor realizou seus testes em 1707 no rio Fulda. Muitas pessoas se reuniram para ver um milagre: um navio navegando pelo rio sem velas e remos. No entanto, durante os testes, ocorreu um desastre: o motor explodiu e várias pessoas morreram. As autoridades ficaram zangadas com o infeliz inventor e o proibiram de qualquer trabalho e projeto. O navio foi confiscado e destruído, e alguns anos depois o próprio Papin morreu.
Erro
O navio a vapor de Papen tinha o seguinte princípio de funcionamento. No fundo do cilindro foi necessário derramar uma pequena quantidade de água. Um braseiro estava localizado sob o próprio cilindro, que servia para aquecer o líquido. Quando a água começou a ferver, o vapor resultante, expandindo-se, levantou o pistão. O ar foi expelido do espaço acima do pistão através de uma válvula especialmente equipada. Depois que a água ferveu e o vapor começou a cair, foi necessário retirar o braseiro, fechar a válvula para retirar o ar e resfriar as paredes do cilindro com água fria. Graças a essas ações, o vapor que estava no cilindro se condensou, formado sob o pistãorarefação, e devido à força da pressão atmosférica, o pistão voltou novamente ao seu lugar original. Durante seu movimento descendente, foi feito um trabalho útil. No entanto, a eficiência do motor a vapor de Papen foi negativa. O motor do vapor era extremamente antieconômico. E o mais importante, era muito complicado e inconveniente de usar. Portanto, a invenção de Papen não teve futuro desde o início.
Seguidores
No entanto, a história da criação da máquina a vapor não terminou aí. O próximo, já muito mais bem sucedido do que Papen, foi o cientista inglês Thomas Newcomen. Ele estudou o trabalho de seus antecessores por um longo tempo, concentrando-se nas fraquezas. E aproveitando o melhor de seu trabalho, ele criou seu próprio aparelho em 1712. A nova máquina a vapor (foto mostrada) foi projetada da seguinte forma: foi usado um cilindro, que estava na posição vertical, e um pistão. Este Newcomen tomou das obras de Papin. No entanto, o vapor já estava formado em outra caldeira. Toda a pele foi fixada ao redor do pistão, o que aumentou significativamente o aperto dentro do cilindro de vapor. Esta máquina também era vapor-atmosférica (a água subia da mina usando pressão atmosférica). As principais desvantagens da invenção foram seu volume e ineficiência: a máquina "comeu" uma enorme quantidade de carvão. No entanto, trouxe muito mais benefícios do que a invenção de Papen. Portanto, tem sido usado em masmorras e minas por quase cinquenta anos. Foi usado para bombear águas subterrâneas, bem como para secar navios. Thomas Newcomen tentou converter seu carropara que possa ser usado para o tráfego. No entanto, todas as suas tentativas falharam.
O próximo cientista a se anunciar foi D. Hull da Inglaterra. Em 1736, ele apresentou sua invenção ao mundo: uma máquina atmosférica a vapor, que tinha rodas de pás como motor. Seu desenvolvimento foi mais bem sucedido do que o de Papin. Imediatamente, vários desses navios foram liberados. Eles foram usados principalmente para rebocar barcaças, navios e outras embarcações. No entanto, a confiabilidade da máquina atmosférica a vapor não inspirava confiança, e os navios eram equipados com velas como motor principal.
E embora Hull tenha tido mais sorte do que Papin, suas invenções gradualmente perderam relevância e foram abandonadas. Ainda assim, as máquinas atmosféricas a vapor da época tinham muitas deficiências específicas.
A história da máquina a vapor na Rússia
O próximo avanço aconteceu no Império Russo. Em 1766, a primeira máquina a vapor foi criada em uma metalúrgica em Barnaul, que fornecia ar para os fornos de fusão usando foles especiais. Seu criador foi Ivan Ivanovich Polzunov, que recebeu até um posto de oficial por serviços à sua terra natal. O inventor apresentou aos seus superiores plantas e planos para uma "máquina de fogo" capaz de alimentar foles.
No entanto, o destino fez uma brincadeira cruel com Polzunov: sete anos depois que seu projeto foi aceito e o carro foi montado, ele adoeceu e morreu de tuberculose - apenas uma semana antes de seus testes começaremmotor. No entanto, suas instruções foram suficientes para ligar o motor.
Então, em 7 de agosto de 1766, o motor a vapor de Polzunov foi lançado e colocado sob carga. No entanto, em novembro do mesmo ano, ele quebrou. O motivo acabou sendo paredes muito finas da caldeira, não destinadas ao carregamento. Além disso, o inventor escreveu em suas instruções que esta caldeira só pode ser usada durante os testes. A fabricação de uma nova caldeira compensaria facilmente, porque a eficiência do motor a vapor de Polzunov era positiva. Para 1023 horas de trabalho, mais de 14 libras de prata foram fundidas com sua ajuda!
Mas, apesar disso, ninguém começou a consertar o mecanismo. A máquina a vapor de Polzunov estava acumulando poeira há mais de 15 anos em um armazém, enquanto o mundo da indústria não parou e se desenvolveu. E então foi completamente desmontado para peças. Aparentemente, naquele momento, a Rússia ainda não havia crescido para máquinas a vapor.
As exigências dos tempos
Enquanto isso, a vida não parou. E a humanidade pensava constantemente em criar um mecanismo que permitisse não depender da natureza caprichosa, mas controlar o próprio destino. Todos queriam abandonar a vela o mais rápido possível. Portanto, a questão de criar um mecanismo de vapor estava constantemente pairando no ar. Em 1753, uma competição entre artesãos, cientistas e inventores foi apresentada em Paris. A Academia de Ciências anunciou um prêmio para quem conseguir criar um mecanismo que possa substituir a força do vento. Mas apesar do fato de que mentes como L. Euler, D. Bernoulli, Canton de Lacroix e outros participaram da competição, ninguém fez uma proposta sensata.
Os anos foram passando. E a revolução industrialabrangeu cada vez mais países. Superioridade e liderança entre outras potências invariavelmente foram para a Inglaterra. No final do século XVIII, foi a Grã-Bretanha que se tornou a criadora da grande indústria, graças à qual conquistou o título de monopólio mundial dessa indústria. A questão de um motor mecânico a cada dia se tornava cada vez mais relevante. E tal mecanismo foi criado.
A primeira máquina a vapor do mundo
1784 marcou um ponto de virada na Revolução Industrial para a Inglaterra e o mundo. E o responsável por isso foi o mecânico inglês James Watt. A máquina a vapor que ele criou foi a maior descoberta do século.
James Watt vem estudando os desenhos, estrutura e princípios de operação de máquinas atmosféricas a vapor há vários anos. E com base em tudo isso, concluiu que para a eficiência do motor é necessário equalizar as temperaturas da água no cilindro e do vapor que entra no mecanismo. A principal desvantagem das máquinas atmosféricas a vapor era a necessidade constante de resfriar o cilindro com água. Era caro e inconveniente.
O novo motor a vapor foi projetado de forma diferente. Então, o cilindro foi fechado em uma jaqueta de vapor especial. Assim Watt alcançou seu estado constante de aquecimento. O inventor criou um recipiente especial imerso em água fria (condensador). Um cilindro foi anexado a ele com um tubo. Quando o vapor foi esgotado no cilindro, ele entrou no condensador através de um tubo e voltou a ser água. Enquanto trabalhava na melhoria de sua máquina, Wattcriou um vácuo no capacitor. Assim, todo o vapor proveniente do cilindro condensou-se nele. Graças a esta inovação, o processo de expansão do vapor foi bastante aumentado, o que possibilitou extrair muito mais energia da mesma quantidade de vapor. Foi a maior conquista.
O criador da máquina a vapor também mudou o princípio do suprimento de ar. Agora, o vapor caiu primeiro sob o pistão, elevando-o e depois coletado acima do pistão, abaixando-o. Assim, ambos os cursos do pistão no mecanismo começaram a funcionar, o que nem era possível antes. E o consumo de carvão por cavalo-vapor era quatro vezes menor do que, respectivamente, para máquinas atmosféricas a vapor, que era o que James Watt estava tentando alcançar. A máquina a vapor conquistou muito rapidamente primeiro a Grã-Bretanha e depois o mundo inteiro.
Charlotte Dundas
Depois que o mundo inteiro ficou maravilhado com a invenção de James Watt, começou o uso generalizado de máquinas a vapor. Assim, em 1802, o primeiro navio para um casal apareceu na Inglaterra - o barco Charlotte Dundas. Seu criador é William Symington. O barco foi usado como barcaças de reboque ao longo do canal. O papel do motor no navio foi desempenhado por uma roda de pás montada na popa. O barco passou com sucesso nos testes da primeira vez: rebocou duas enormes barcaças 18 milhas em seis horas. Ao mesmo tempo, o vento contrário interferiu muito nele. Mas ele conseguiu.
E mesmo assim foi adiado, porque temiam que, devido às fortes ondas que se formavam sob a roda de pás, as margens do canal fossem lavadas. Aliás, emCharlotte foi testada por um homem que o mundo inteiro hoje considera o criador do primeiro navio a vapor.
O primeiro navio a vapor do mundo
O construtor naval inglês Robert Fulton sonhava com um navio movido a vapor desde sua juventude. E agora seu sonho se tornou realidade. Afinal, a invenção das máquinas a vapor foi um novo impulso na construção naval. Junto com o enviado da América, R. Livingston, que assumiu o lado material da questão, Fulton assumiu o projeto de um navio com motor a vapor. Foi uma invenção complexa baseada na ideia de um motor de remo. Ao longo dos lados do navio estendiam-se em fila placas imitando muitos remos. Ao mesmo tempo, as placas de vez em quando interferiam umas nas outras e quebravam. Hoje podemos dizer facilmente que o mesmo efeito poderia ser alcançado com apenas três ou quatro peças. Mas do ponto de vista da ciência e tecnologia da época, não era realista ver isso. Portanto, os construtores navais tiveram muito mais dificuldade.
Em 1803, a invenção de Fulton foi apresentada ao mundo. O vapor se movia lenta e uniformemente ao longo do Sena, atingindo as mentes e a imaginação de muitos cientistas e figuras em Paris. No entanto, o governo napoleônico rejeitou o projeto, e os construtores de navios descontentes foram forçados a buscar sua fortuna na América.
E em agosto de 1807, o primeiro barco a vapor do mundo chamado Claremont, no qual o motor a vapor mais potente estava envolvido (foto é apresentada), foi ao longo da Baía de Hudson. Muitos então simplesmente não acreditavam no sucesso.
O Clermont partiu em sua viagem inaugural sem carga e sem passageiros. Ninguém queria irviajar a bordo de um navio cuspidor de fogo. Mas já no caminho de volta, o primeiro passageiro apareceu - um fazendeiro local que pagou seis dólares por uma passagem. Ele se tornou o primeiro passageiro na história da companhia de navegação. Fulton ficou tão emocionado que deu ao temerário uma carona vitalícia em todas as suas invenções.
