L'invention des machines à vapeur a marqué un tournant dans l'histoire de l'humanité. Quelque part au tournant des XVIIe et XVIIIe siècles, le travail manuel inefficace, les roues hydrauliques et les moulins à vent ont commencé à être remplacés par des mécanismes complètement nouveaux et uniques - les moteurs à vapeur. C'est grâce à eux que les révolutions techniques et industrielles, et tout le progrès de l'humanité, sont devenus possibles.
Mais qui a inventé la machine à vapeur ? A qui l'humanité doit-elle cela ? Et c'était quand ? Nous essaierons de trouver des réponses à toutes ces questions.
Même avant notre ère
L'histoire de la création d'une machine à vapeur commence aux premiers siècles av. Hero of Alexandria a décrit un mécanisme qui n'a commencé à fonctionner que lorsqu'il a été exposé à la vapeur. L'appareil était une boule sur laquelle étaient fixées des buses. De la vapeur sortait tangentiellement des buses, provoquant ainsi la rotation du moteur. C'était le premier appareil à être alimenté par un couple.
Le créateur de la machine à vapeur (plus précisément de la turbine) est Tagi-al-Dinome (philosophe, ingénieur et astronome arabe). Son invention est devenue largement connue dansL'Égypte au XVIe siècle. Le mécanisme était agencé comme suit: des jets de vapeur étaient dirigés directement vers le mécanisme avec des pales, et lorsque la fumée tombait, les pales tournaient. Quelque chose de similaire a été proposé en 1629 par l'ingénieur italien Giovanni Branca. Le principal inconvénient de toutes ces inventions était une trop grande consommation de vapeur, qui à son tour nécessitait une énorme quantité d'énergie et n'était pas conseillée. Le développement a été suspendu, car les connaissances scientifiques et techniques de l'humanité d'alors n'étaient pas suffisantes. De plus, de telles inventions n'étaient pas du tout nécessaires.
Développements
Jusqu'au 17ème siècle, la création d'une machine à vapeur était impossible. Mais dès que la barre du niveau de développement humain s'est élevée, les premières copies et inventions sont immédiatement apparues. Bien que personne ne les ait pris au sérieux à ce moment-là. Ainsi, par exemple, en 1663, un scientifique anglais publie dans la presse une ébauche de son invention, qu'il installe au château de Raglan. Son appareil servait à faire monter l'eau sur les murs des tours. Cependant, comme tout ce qui est nouveau et inconnu, ce projet a été accepté avec doute et il n'y avait pas de sponsors pour son développement ultérieur.
L'histoire de la création d'une machine à vapeur commence avec l'invention d'un moteur à vapeur atmosphérique. En 1681, le scientifique français Denis Papin a inventé un appareil qui pompait l'eau des mines. Au début, la poudre à canon était utilisée comme force motrice, puis elle a été remplacée par de la vapeur d'eau. C'est ainsi qu'est née la machine à vapeur. Une énorme contribution à son amélioration a été apportée par des scientifiques anglais, Thomas Newcomen et Thomas Severen. L'inventeur autodidacte russe Ivan Polzunov a également fourni une aide inestimable.
Tentative ratée de Papin
La machine à vapeur atmosphérique, loin d'être parfaite à l'époque, a attiré une attention particulière dans l'industrie de la construction navale. D. Papin a dépensé ses dernières économies pour l'achat d'un petit navire, sur lequel il a commencé à installer une machine atmosphérique à vapeur élévatrice d'eau de sa propre production. Le mécanisme d'action était que, tombant d'une hauteur, l'eau commençait à faire tourner les roues.
L'inventeur a effectué ses tests en 1707 sur la rivière Fulda. Beaucoup de gens se sont rassemblés pour regarder un miracle: un navire se déplaçant le long de la rivière sans voiles ni rames. Cependant, lors des essais, une catastrophe s'est produite: le moteur a explosé et plusieurs personnes sont mortes. Les autorités se sont fâchées contre le malheureux inventeur et lui ont interdit tout travail et projet. Le navire fut confisqué et détruit, et quelques années plus tard, Papin lui-même mourut.
Erreur
Le steamer de Papen avait le principe de fonctionnement suivant. Au fond du cylindre il fallait verser une petite quantité d'eau. Un brasier était situé sous le cylindre lui-même, qui servait à chauffer le liquide. Lorsque l'eau a commencé à bouillir, la vapeur résultante, en expansion, a soulevé le piston. L'air a été expulsé de l'espace au-dessus du piston par une soupape spécialement équipée. Une fois que l'eau a bouilli et que la vapeur a commencé à tomber, il était nécessaire de retirer le brasier, de fermer la vanne pour éliminer l'air et de refroidir les parois du cylindre avec de l'eau froide. Grâce à de telles actions, la vapeur qui se trouvait dans le cylindre s'est condensée, formée sous le pistonraréfaction, et en raison de la force de la pression atmosphérique, le piston est de nouveau revenu à sa place d'origine. Au cours de son mouvement descendant, un travail utile a été effectué. Cependant, l'efficacité de la machine à vapeur de Papen était négative. Le moteur du bateau à vapeur était extrêmement peu économique. Et surtout, il était trop compliqué et peu pratique à utiliser. Par conséquent, l'invention de Papen n'avait aucun avenir dès le début.
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Cependant, l'histoire de la création de la machine à vapeur ne s'est pas arrêtée là. Le suivant, déjà bien plus performant que Papen, était le scientifique anglais Thomas Newcomen. Il a longuement étudié le travail de ses prédécesseurs, en se concentrant sur les faiblesses. Et prenant le meilleur de leur travail, il crée son propre appareil en 1712. La nouvelle machine à vapeur (photo présentée) a été conçue comme suit: un cylindre a été utilisé, qui était en position verticale, ainsi qu'un piston. Ce Newcomen s'inspire des travaux de Papin. Cependant, de la vapeur s'est déjà formée dans une autre chaudière. Toute la peau était fixée autour du piston, ce qui augmentait considérablement l'étanchéité à l'intérieur du cylindre à vapeur. Cette machine était également à vapeur atmosphérique (l'eau montait de la mine à la pression atmosphérique). Les principaux inconvénients de l'invention étaient son encombrement et son inefficacité: la machine "mangeait" une énorme quantité de charbon. Cependant, cela a apporté beaucoup plus d'avantages que l'invention de Papen. Par conséquent, il est utilisé dans les donjons et les mines depuis près de cinquante ans. Il était utilisé pour pomper les eaux souterraines, ainsi que pour sécher les navires. Thomas Newcomen a essayé de convertir sa voitureafin qu'il puisse être utilisé pour le trafic. Cependant, toutes ses tentatives ont échoué.
Le prochain scientifique à s'annoncer était D. Hull d'Angleterre. En 1736, il présenta son invention au monde: une machine à vapeur atmosphérique, qui avait des roues à aubes comme moteur. Son développement fut plus réussi que celui de Papin. Immédiatement, plusieurs de ces navires ont été libérés. Ils étaient principalement utilisés pour remorquer des barges, des navires et d'autres navires. Cependant, la fiabilité de la machine atmosphérique à vapeur n'inspirait pas confiance et les navires étaient équipés de voiles comme moteur principal.
Et bien que Hull ait eu plus de chance que Papin, ses inventions ont progressivement perdu de leur pertinence et ont été abandonnées. Pourtant, les machines à vapeur atmosphérique de cette époque présentaient de nombreuses lacunes spécifiques.
L'histoire de la machine à vapeur en Russie
La percée suivante s'est produite dans l'Empire russe. En 1766, la première machine à vapeur a été créée dans une usine métallurgique de Barnaoul, qui alimentait en air les fours de fusion à l'aide de soufflets spéciaux. Son créateur était Ivan Ivanovich Polzunov, qui a même reçu un grade d'officier pour les services rendus à sa patrie. L'inventeur a présenté à ses supérieurs des plans et des plans pour une "machine à incendie" capable d'alimenter des soufflets.
Cependant, le destin a joué une blague cruelle avec Polzunov: sept ans après l'acceptation de son projet et l'assemblage de la voiture, il est tombé malade et est mort de consomption - juste une semaine avant le début de ses testsmoteur. Cependant, ses instructions étaient suffisantes pour démarrer le moteur.
Ainsi, le 7 août 1766, la machine à vapeur de Polzunov fut lancée et mise en charge. Cependant, en novembre de la même année, il est tombé en panne. La raison s'est avérée être des parois trop minces de la chaudière, non destinées au chargement. De plus, l'inventeur a écrit dans ses instructions que cette chaudière ne peut être utilisée que pendant les essais. La fabrication d'une nouvelle chaudière serait facilement rentable, car l'efficacité de la machine à vapeur de Polzunov était positive. En 1023 heures de travail, plus de 14 livres d'argent ont été fondues avec son aide !
Mais malgré cela, personne n'a commencé à réparer le mécanisme. La machine à vapeur de Polzunov a pris la poussière pendant plus de 15 ans dans un entrepôt, tandis que le monde de l'industrie ne s'est pas arrêté et s'est développé. Et puis il a été complètement démonté pour les pièces. Apparemment, à ce moment-là, la Russie n'avait pas encore grandi avec les machines à vapeur.
Les exigences de l'époque
Pendant ce temps, la vie ne s'est pas arrêtée. Et l'humanité a constamment pensé à créer un mécanisme qui permettrait de ne pas dépendre de la nature capricieuse, mais de contrôler le destin lui-même. Tout le monde voulait abandonner la voile au plus vite. Par conséquent, la question de la création d'un mécanisme à vapeur était constamment en suspens. En 1753, un concours entre artisans, savants et inventeurs est organisé à Paris. L'Académie des sciences a annoncé un prix à ceux qui peuvent créer un mécanisme qui peut remplacer la puissance du vent. Mais malgré le fait que des esprits tels que L. Euler, D. Bernoulli, Canton de Lacroix et d'autres aient participé au concours, personne n'a fait de proposition sensée.
Les années ont passé. Et la révolution industriellecouvrait de plus en plus de pays. La supériorité et le leadership parmi les autres puissances allaient invariablement à l'Angleterre. A la fin du XVIIIe siècle, c'est la Grande-Bretagne qui devient le créateur de la grande industrie, grâce à laquelle elle obtient le titre de monopole mondial de cette industrie. La question d'un moteur mécanique devenait chaque jour de plus en plus pertinente. Et un tel moteur a été créé.
La première machine à vapeur au monde
1784 a marqué un tournant dans la révolution industrielle pour l'Angleterre et le monde. Et la personne responsable de cela était le mécanicien anglais James Watt. La machine à vapeur qu'il a créée a été la plus grande découverte du siècle.
James Watt étudie depuis plusieurs années les dessins, la structure et les principes de fonctionnement des machines à vapeur atmosphérique. Et sur la base de tout cela, il a conclu que pour l'efficacité du moteur, il est nécessaire d'égaliser les températures de l'eau dans le cylindre et de la vapeur qui pénètre dans le mécanisme. Le principal inconvénient des machines à vapeur atmosphérique était le besoin constant de refroidir le cylindre avec de l'eau. C'était coûteux et peu pratique.
La nouvelle machine à vapeur a été conçue différemment. Ainsi, le cylindre était enfermé dans une chemise à vapeur spéciale. Ainsi, Watt a atteint son état de chaleur constant. L'inventeur a créé un récipient spécial immergé dans l'eau froide (condenseur). Un cylindre y était attaché avec un tuyau. Lorsque la vapeur a été évacuée dans le cylindre, elle est entrée dans le condenseur par un tuyau et y est redevenue de l'eau. Tout en travaillant à l'amélioration de sa machine, Wattcréé un vide dans le condensateur. Ainsi, toute la vapeur provenant du cylindre s'y condense. Grâce à cette innovation, le processus de détente de la vapeur a été considérablement augmenté, ce qui a permis d'extraire beaucoup plus d'énergie à partir de la même quantité de vapeur. C'était le couronnement.
Le créateur de la machine à vapeur a également changé le principe de l'alimentation en air. Maintenant, la vapeur est d'abord tombée sous le piston, le soulevant ainsi, puis s'est accumulée au-dessus du piston, l'abaissant. Ainsi, les deux courses du piston dans le mécanisme ont commencé à fonctionner, ce qui n'était même pas possible auparavant. Et la consommation de charbon par cheval-vapeur était quatre fois inférieure à celle, respectivement, des machines à vapeur atmosphérique, ce que James Watt essayait de réaliser. La machine à vapeur a conquis très rapidement la Grande-Bretagne d'abord, puis le monde entier.
Charlotte Dundas
Après que le monde entier ait été étonné par l'invention de James Watt, l'utilisation généralisée des machines à vapeur a commencé. Ainsi, en 1802, le premier navire pour un couple est apparu en Angleterre - le bateau Charlotte Dundas. Son créateur est William Symington. Le bateau servait de barges de remorquage le long du canal. Le rôle du moteur sur le navire était joué par une roue à aubes montée sur la poupe. Le bateau a passé avec succès les tests du premier coup: il a remorqué deux énormes barges sur 18 milles en six heures. En même temps, le vent de face l'a beaucoup gêné. Mais il l'a fait.
Et pourtant, il a été mis en attente, car ils craignaient qu'en raison des fortes vagues qui se sont créées sous la roue à aubes, les berges du canal ne soient emportées. D'ailleurs, surCharlotte a été testée par un homme que le monde entier considère aujourd'hui comme le créateur du premier bateau à vapeur.
Le premier bateau à vapeur du monde
Le constructeur naval anglais Robert Fulton rêvait d'un navire à vapeur depuis sa jeunesse. Et maintenant, son rêve est devenu réalité. Après tout, l'invention des machines à vapeur a donné un nouvel élan à la construction navale. Avec l'envoyé d'Amérique, R. Livingston, qui a repris le côté matériel de la question, Fulton a pris le projet d'un navire avec une machine à vapeur. C'était une invention complexe basée sur l'idée d'un moteur à rames. Le long des côtés du navire s'étendaient en rangée des plaques imitant beaucoup de rames. Dans le même temps, les plaques interféraient de temps en temps les unes avec les autres et se cassaient. Aujourd'hui, nous pouvons facilement dire que le même effet pourrait être obtenu avec seulement trois ou quatre tuiles. Mais du point de vue de la science et de la technologie de l'époque, il était irréaliste de voir cela. Par conséquent, les constructeurs navals ont eu beaucoup plus de mal.
En 1803, l'invention de Fulton a été présentée au monde. Le bateau à vapeur se déplaçait lentement et régulièrement le long de la Seine, frappant l'esprit et l'imagination de nombreux scientifiques et personnalités à Paris. Cependant, le gouvernement napoléonien a rejeté le projet et les constructeurs navals mécontents ont été contraints de chercher fortune en Amérique.
Et en août 1807, le premier bateau à vapeur du monde appelé Claremont, dans lequel la machine à vapeur la plus puissante était impliquée (photo présentée), longeait la baie d'Hudson. Beaucoup alors ne croyaient tout simplement pas au succès.
Le Clermont a entrepris son voyage inaugural sans fret et sans passagers. Personne ne voulait allervoyager à bord d'un navire cracheur de feu. Mais déjà sur le chemin du retour, le premier passager est apparu - un fermier local qui a payé six dollars pour un billet. Il est devenu le premier passager de l'histoire de la compagnie maritime. Fulton a été tellement ému qu'il a donné au casse-cou un tour gratuit à vie sur toutes ses inventions.
