Сообщение ученые изобретатели двигателей
Обновлено: 05.07.2024
Георгий в своей презентации осветил историю создания тепловых двигателей начиная с III века до нашей эры и до наших дней.
| Вложение | Размер |
|---|---|
| история создания тепловых двигателей начиная с Архимеда и до двигателя Ванкеля. | 2.13 МБ |
Предварительный просмотр:
Подписи к слайдам:
История тепловых двигателей берет свое начало еще в III веке до нашей эры и продолжается по сей день. И они надолго вошли в нашу жизнь. Так давайте же узнаем кто приложил свои усилия к совершенствованию данной технологии!
Архимед Еще две с лишним тысячи лет назад великий греческий механик и математик Архимед построил пушку, которая стреляла с помощью пара. Описания и рисунки данной пушки были обнаружены лишь спустя 18 столетий у Леонардо-Да-Винчи. Один конец ствола сильно нагревали на огне. Затем в нагретую часть ствола наливали воду. Вода мгновенно испарялась и превращалась в пар. Пар, расширяясь, с силой и грохотом выбрасывал ядро. Для нас интересно здесь то, что ствол пушки представлял собой цилиндр, по которому как поршень скользило ядро.
Леонардо да Винчи Об использовании внутренней энергии пара задумывается Леонардо да Винчи. В его рукописях есть несколько рисунков с изображением цилиндра и поршня. Под поршнем в цилиндре находится вода, а сам цилиндр подогревается. Леонардо да Винчи предполагал, что образовавшийся в результате нагрева воды пар, расширяясь и увеличиваясь в объеме, будет искать выход и толкать поршень вверх. Во время своего движения вверх поршень мог бы совершать полезную работу.
Дени П апен Папен изучал работу поршня в цилиндре. В 1690 году в Марбурге он создал паровой двигатель , который совершал полезную работу за счёт нагревания и конденсации пара. Это был один из первых паровых котлов. Папен изобрел и впервые применил в конструкции парового котла предохранительный клапан . Конструкцию паровой машины (цилиндр и поршень) Дени Папену подсказал Лейбниц .
Джемс Уатт УАТТ (Watt) Джеймс (1736-1819), английский изобретатель. Изобрел (1774-84) паровую машину с цилиндром двойного действия. Применение машины Уатта положило начало эре тепловых двигателей .
Иван Иванович Ползунов Первый универсальный тепловой двигатель был создан в России выдающимся изобретателем, механиком И . И. Ползуновым. Проект своей машины Ползунов изложил в 1763 г. в записке, адресованной А . И. Порошину. Свою машину И. И. Ползунов начал строить в 1764 г. К нему прикомандировали четырех учеников, которых он должен был обучить не только теории, но и ремеслам. Машина была изготовлена в декабре 1765 г. А в мае 1766 г. ее создатель умер от чахотки. Машина была испытана уже после его смерти в октябре 1766 г. и работала, в общем, удовлетворительно. Как всякий первый образец, она нуждалась в доработке, к тому же в ноябре обнаружилась течь котла. Но изобретателя не было в живых, а без него устранением недостатков никто не занимался. Машина бездействовала до 1779 г., а затем была разобрана
Николаус Отто К 1863 году был готов первый образец атмосферного газового двигателя с поршнем от авиационного мотора и ручным стартером, работавшим на смеси бензина и воздуха.
Рудольф Дизель 1878 – 1888 гг. Рудольф Дизель работает над созданием двигателя принципиально новой конструкции. В голову ему приходит создание абсорбционного двигателя, работавшего на аммиаке, а в роли топлива должна была выступать специальная пудра, полученная из каменного угля.
Луи Гийом Перро Параллельно с развитием первых автомобилей изобретатели продолжали совершенствовать конструкции мотоциклов и установленных на них моторов. Наиболее интересными работами в этой области были аппараты французского инженера Луи Гийома Перро, который создал собственный паровой мотоцикл. Начал он с велосипеда, оснастив его в 1868 г. большим маховиком, благодаря чему ездок мог определенное время двигаться по инерции. Но, к сожалению, накануне франко-прусской войны его изобретение не смогло завоевать поклонников и принести прибыль.
Создание паровоза Паровоз — локомотив с паросиловой установкой (паровой котел и паровая машина), движущийся по рельсам . Первые паровозы были созданы в Великобритании в 1803 г. Р. Тревитиком и в 1814 г. — Дж.Стефенсоном. В России первый паровоз построен в 1833 г. отцом и сыном Черепановыми. В 1804 г. Тревитик приделал к паровому двигателю Уатта специальные колеса. Получился первый паровоз. Первая пассажирская железная дорога была открыта в 1825 г. на севере Англии.
Роберт Стирлинг Первый патент на двигатель, использующий нагретый воздух, выдан в Великобритании в 1816 г. пастору Роберту Стирлингу. Изготовление двигателей Стирлинга началось в 1818 г. их применяли там где не годились громоздкие паровые машины. Роберт Стирлинг вместе со своим братом долгие годы испытывал затруднения с выбором конструктивных материалов и в конце своей жизни, в 1876 г., выразил надежду, что препятствия, которые возникают из-за отсутствия соответствующих материалов, будут со временем устранены
Феликс Ванкель Пока лучшей разработкой такого рода (роторного двигателя) является двигатель Ванкеля . Принцип его работы такой же, что и у четырехтактного двигателя, но здесь при сгорании горючей смеси вращается трехгранный ротор, причем всегда в одном и том же направлении. На данной схеме двигателя Ванкеля трехгранный ротор эксцентрично вращается в одном том же направлении вокруг фиксированной шестерни
Тепловой двигатель изобрел Российский изобретатель Ползунов И.И. в 1765, первая машина была очень огромная и достигала 11 метров в высоту. В зарубежных источниках можно найти информацию что первый тепловой двигатель изобрёл Английский изобретатель Джеймс Уатт, и по факту это правда. Эти 2 учёные из разных стран и континентов изобрели эту машину в один и тот же год. Но разница в том что у Ползунова машина была уже работоспособная чего нельзя сказать о Джеймс Уатт, его машина была экспериментальной и изобретение закончилось только в 1768 году, но патент на тепловой двигатель он получил только в 1782,спустя 17 лет после Ползунова.
Первые двигатели внешнего сгорания делались без научной базы, что не допустимо в наше время. Не производились прогнозирование эффективности машины, ни расчёты деталей и из-за этого машины были очень больших размеров, например тепловой двигатель Ползунова был 11 метров в высоту. Изначально эти двигатели были не практичные из-за своих больших размеров и их практически не использовали, но спустя годы их усовершенствование дошло до того что их уже можно было устанавливать на автомобили и они служили по назначению впервые это было в 1864 году.
Благодаря изобретению паровой машины человечество начало строить производства по машинам что в наше время есть почти в каждой семье, это увеличило власть человека над природой. Смело можно сказать что эти учёные изобретатели сотворили и вошли в историю человечества, им это стоило тратой времени всей жизни. Их первые машины использовались в грузовых и пассажирских локомотивах и паровых суднах. Они развили коммерческое использование на предприятиях и были основой промышленной революции.
В наше время в 21 веке активно используется двигателя внутреннего сгорания в строении автомобилей, кораблей и самолётов, это обеспечивает скорость и комфорт перемещения в человека с одного континента в другой или же перемещение между странами и городами. Несомненно их бы сконструировали если не в 18 веке дак может позже, но какая гордость берёт зная что на Русской земле есть такие изобретатели которые вошли в историю и о них знает весь мир. Сейчас конечно с новыми технологиями и помощью государства это сделать проще что нельзя сказать о том времени когда даже самые элементарные расчёты и чертежи были придуманы с головы. Не имея представления как сделать этот двигатель таких размеров каких мы видим их сейчас.
История создания тепловых двигателей
Нептун, наверное, самая первая из всех планет, которую сначала предсказали ученые с помощью математических расчетов, а уже после обнаружили. Планету обнаружил в 1846 году Иоганн Галле. Существует теория, что сначала возникло твердое ядро,
Как известно, лампу с нитью накаливания изобрел Томас Эдисон, однако не следует забывать, что до него потребовались усилия и исследования многих других блестящих ученых. Еще в начале XIX века английский химик по имени Хамфри Дэви изобрел
Солнце – это большая и единственная звезда в солнечной системе. Все планеты в нашей галактике вращаются вокруг солнца. Например, Земля совершает круг от своей орбиты и огибает солнце за 365 дней. Раньше люди считали, что не Земля вращается вокруг солнца,
Первые эксперименты с электромагнитными устройствами
Электромеханика является относительно молодой, по историческим меркам, отраслью науки и техники.
1800, Вольта
Итальянский физик, химик и физиолог, Алессандро Вольта, первый в мире создал химический источник тока.
1820, Эрстед
Датский ученый, физик, Ханс Кристиан Эрстед, обнаружил на опыте отклоняющее действие тока на магнитную стрелку.
1821, Фарадей
Британский физик-экспериментатор и химик, Майкл Фарадей, опубликовал трактат "О некоторых новых электромагнитных движениях и о теории магнетизма", где описал, как заставить намагниченную стрелку непрерывно вращаться вокруг одного из магнитных полюсов. Эта конструкция впервые реализовала непрерывное преобразование электрической энергии в механическую. Принято считать ее первым электродвигателем в истории.
1822, Ампер
Французский физик, Андре Мари Ампер, открыл магнитный эффект соленоида (катушки с током), откуда следовала идея эквивалентности соленоида постоянному магниту. Среди прочего Ампер предложил использовать железный сердечник, помещенный внутрь соленоида, для усиления магнитного поля. В 1820 году им был открыт закон Ампера.
1822, Барлоу
Английский физик и математик, Питер Барлоу, изобрел колесо Барлоу, по сути, униполярный электродвигатель.
1825, Араго
Французский физик и астроном, Доминик Франсуа Жан Араго, опубликовал опыт показывающий, что вращающийся медный диск заставляет вращаться магнитную стрелку, подвешенную над ним.
1825, Стёрджен
Британский физик, электротехник и изобретатель, Уильям Стёрджен, в 1825 изготовил первый электромагнит, который представлял из себя согнутый стержень из мягкого железа с обмоткой из толстой медной проволоки.
1827, Йедлик
Венгерский физик и электротехник, Аньош Иштван Йедлик, изобрел первую в мире динамо-машину (генератор постоянного тока), однако практически не объявлял о своем изобретении до конца 1850-х годов.
1831, Фарадей
Английский физик, Майкл Фарадей, открыл электромагнитную индукцию, то есть явление возникновения электрического тока в замкнутом контуре при изменении магнитного потока, проходящего через него. Формулировка закона электромагнитной индукции.
1831, Генри
Американский физик, Джозеф Генри, независимо от Фарадея обнаружил взаимоиндукцию, но Фарадей раньше опубликовал свои результаты.
1832, Пикси
Француз, Ипполит Пикси, сконструировал первый генератор переменного тока. Устройство состояло из двух катушек индуктивности с железным сердечником напротив которых располагался вращающийся магнит подковообразной формы, который приводился в движение вращением рычага. Позже для получения постоянного пульсирующего тока к этому устройству был добавлен коммутатор.
1833, Стёрджен
Британский физик, Уильям Стёрджен, публично продемонстрировал электродвигатель на постоянном токе в Марте 1833 года в Аделаидской галерее практической науки в Лондоне. Данное изобретение считается первым электродвигателем, который можно было использовать.
1833, Ленц
В начале в электромеханике разграничивали магнито-электрические машины (электрические генераторы) и электро-магнитные машины (электрические двигатели). Российский физик (немецкого происхождения), Эмилий Христианович Ленц, опубликовал статью о законе взаимности магнито-электрических явлений, то есть о взаимозаменяемости электрического двигателя и генератора.
Первые реальные электрические двигатели
Май 1834, Якоби
Немецкий и русский физик, академик Императорской Санкт-Петербургской Академии Наук, Борис Семенович (Мориц Герман фон) Якоби, изобрел первый в мире электродвигатель с непосредственным вращением рабочего вала. Мощность двигателя составляла около 15 Вт, частота вращения ротора 80-120 оборотов в минуту. До этого изобретения существовали только устройства с возвратно-поступательным или качательным движением якоря.
Блог
исследовать, действительно ли история развития тепловых двигателей — это история прогресса.
- Введение.
- История создания теплового двигателя.
- Детали и принцип работы паровой машины.
- Применение тепловых двигателей.
- Практическая часть исследовательской работы.
— Изготовление моделей тепловых двигателей
Тепловым двигателем называется устройство, способное превращать полученное количество теплоты в механическую работу. Механическая работа в тепловых двигателях производится в процессе расширения некоторого вещества, которое называется рабочим телом. В качестве рабочего тела обычно используются газообразные вещества (пары бензина, воздух, водяной пар). Рабочее тело получает (или отдает) тепловую энергию в процессе теплообмена с телами, имеющими большой запас внутренней энергии. Однократный акт преобразования теплоты в работу не представляет интереса для техники. Реально существующие тепловые двигатели (паровые машины, двигатели внутреннего сгорания и т. д.) работают циклически. Процесс теплопередачи и преобразования полученного количества теплоты в работу периодически повторяется.
Действительно ли история развития тепловых двигателей — это история прогресса? Такой вопрос я поставил перед собой перед началом работы.
Тепловые двигатели имеют исключительно важное значение:
— в жизни человеческого общества,
— в развитии техники,
— в развитии энергетики;
— в развитии транспорта.
Очень важное значение для перехода к машинному производству было изобретение паровой машины, сделало возможным изобретение парохода(1807) и паровоза (1814). Изобретение паровой турбины позволило резко увеличить мощности электростанций. Сегодня паровая турбина—основной первичный двигатель на тепловых и атомных электростанциях. Изобретение двигателя внутреннего сгорания вызвало к жизни автомобилестроение и авиацию.
2. ИСТОРИЯ СОЗДАНИЯ ТЕПЛОВОГО ДВИГАТЕЛЯ
Первое известное устройство, приводимое в движение паром, было описано Героном Александрийским в первом столетии. Пар, выходящий по касательной из дюз, закреплённых на шаре, заставлял последний вращаться.
Реальная паровая турбина была изобретена намного позже, в средневековом Египте, турецким астрономом, физиком и инженером XVI века Такиюддином аш-Шами. Он предложил метод вращения вертела посредством потока пара, направляемого на лопасти, закреплённые по ободу колеса
Подобную машину предложил в 1629 году итальянский инженер Джованни Бранка для вращения цилиндрического анкерного устройства, которое поочерёдно поднимало и отпускало пару пестов в ступах. Паровой поток в этих ранних паровых турбинах был не концентрированным, и большая часть его энергии рассеивалась во всех направлениях, что приводило к значительным потерям энергии.
Паровая машина была создана испанским изобретателем Иеронимо Аянсом де Бомонт, изобретения которого повлияли на патент Т. Севери (см. ниже). Принцип действия и применение паровых машин были описаны также в 1655 году англичанином Эдвардом Сомерсетом. В 1663 году он опубликовал проект и установил приводимое в движение паром устройство для подъёма воды на стену Большой башни в замке Реглан (углубления в стене, где двигатель был установлен, были ещё заметны в 19-м столетии). Однако никто не был готов рисковать деньгами для этой новой революционной концепции, и паровая машина осталась неразработанной.
Одним из опытов французского физика и изобретателя Дени Папена было создание вакуума в закрытом цилиндре. В середине 1670-х в Париже он в сотрудничестве с голландским физиком Гюйгенсом работал над машиной, которая вытесняла воздух из цилиндра путём взрыва пороха в нём. Видя неполноту вакуума, создаваемого при этом, Папен после приезда в Англию в 1680 году создал вариант такого же цилиндра, в котором получил более полный вакуум с помощью кипящей воды, которая конденсировалась в цилиндре. Таким образом, он смог поднять груз, присоединённый к поршню верёвкой, перекинутой через шкив. Система работала только как демонстрационная модель: для повторения процесса весь аппарат должен был быть демонтирован и повторно собран. Папен быстро понял, что для автоматизации цикла пар должен быть произведён отдельно в котле. Поэтому Папен считается изобретателем парового котла, проложив таким образом путь к паровому двигателю Ньюкомена. Однако конструкцию действующей паровой машины он не предложил. Папен также проектировал лодку, приводимую в движение колесом с реактивной силой в комбинации концепций Таки ад-Дина и Севери; ему также приписывают изобретение множества важных устройств, например, предохранительного клапана.
Иван Ползунов родился 14 марта 1728 года в Екатеринбурге в семье солдата государственных строительных работ, выходца из крестьян Туринского уезда Тобольской губернии Ивана Алексеевича Ползунова и его жены Дарьи Абрамовны. В 1738—1742 годах Иван обучался арифметике и словесности в Горнозаводской школе при Екатеринбургском металлургическом заводе, после чего был определён учеником к главному механику уральских заводов Н. Бахареву. У него Ползунов прошёл полный цикл ученических работ: механику, расчёты, чертежи, знакомство с работой заводских машин и металлургическим производством
Для работы паровой машины потребуется паровой котёл. Поступающий из него пар, расширяется и воздействует на поршень или же на лопатки паротурбины, затем их движение передаётся на другие механические части устройства. Движение поршня через шток, ползун, шатун и кривошип передаётся на главный вал, который несет маховик, необходимый для снижения неравномерности вращения.
Самое востребованное и практически незаменимое применение паровых машин ( как не странно) на танкерах.
Там они необходимы для привода грузовых насосов. Перекачка мазута, дизельного топлива, керосина, бензина и т. д.
Отсутствие появления статистического электричества, в поршневом насосе, приводимым в действие паровой машиной обеспечивает максимальную пожаробезопасность
Маховик представляет собой деталь двигателя, которая служит для регулировки поступления энергии. Он накапливает энергию, когда ее поступает больше, нежели используется машиной, и отдает, когда ее потребление превышает поступление.
Основная деталь насосов, компрессоров и поршневых двигателей внутреннего сгорания, служащая для преобразования энергии сжатого газа в энергию поступательного движения (в компрессорах — наоборот). Для дальнейшего преобразования энергии в крутящий момент служат остальные детали КШМ — шатуны и коленчатый вал. Первый поршневой ДВС создан французским инженером Ленуаром в 1861 году , , до этого поршни применялись в паровых машинах и насосах.
Цили́ндр поршневого двигателя я представляет собой рабочую камеру объемного вытеснения. Внутренние и наружные части цилиндров испытывают различный нагрев и обычно выполняются отдельно: внутренняя — рабочая втулка или гильза цилиндр, стержень круглого сечения, соединяющий поршень с ползуном (крейцкопфом) в поршневых машинах (насосах, компрессорах, паровых двигателях, некоторых двигателях внутреннего сгорания и т.д.)
Ползуны относительно друг друга расположены под углом 90°, поэтому двигатель может быть выполнен по Х и V-образным схемам. . Техническим результатом для всех трех вариантов является повышение экономичности и ресурса двигателя за счет уменьшения трения поршней о стенки цилиндра .
Деталь (или узел деталей в случае составного вала ) сложной формы, имеющая шейки для крепления шатунов, от которых воспринимает усилия и преобразует их в крутящий момент
4. ПРИМЕНЕНИЕ ТЕПЛОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ.
* Первый в России паровоз — Черепановых, российские изобретатели, крепостные заводчиков Демидовых: отец Ефим Алексеевич (1774-1842) и сын Мирон Ефимович (1803-49) построили первый в России паровоз.
*Первый мотоцикл — в 1869 году во Франции братьями Пьером и Эрнестом Мишо был создан первый мотоцикл. Он представлял собой велосипед с маленьким одноцилиндровым паровым двигателем. Блок на двигателе соединялся с блоком на заднем колесе с помощью гибкого кожаного ремня. Автомобиль (от авто. и лат. mobilis — подвижной, легко двигающийся), транспортная безрельсовая машина главным образом на колесном ходу, приводимая в движение собственным двигателем (внутреннего сгорания, электрическим или паровым).
* Первый автомобиль с паровым двигателем построен Ж. Кюньо (Франция) в 1769-70, с двигателем внутреннего сгорания — Г. Даймлером, К. Бенцем (Германия) в 1885-86. Различают автомобили пассажирские (легковые и автобусы), грузовые, специальные (пожарные, санитарные и др.) и гоночные. Скорость легковых автомобилей до 300 км/ч, гоночных до 1020 км/ч (1993), грузоподъемность грузовых автомобилей до 180 т. Создателем первого автомобиля является немецкий инженер Карл Бенц. Но существуют более ранние модели самодвижущихся повозок, такие как мусколоход улитка Деметрия Фалернского, созданный около 2000 лет назад.
* Бенц, в 1885 году построил трехколесный автомобиль с двигателем внутреннего сгорания собственной конструкции, но за пределы фабрики на нем не выезжал. Когда 29 января 1886 года он оформил патент ДРП 37435 на самодвижущийся экипаж как таковой, стало возможным провести публичную демонстрацию своего детища. Выезд состоялся 3 июля 1886 года.
Пробирку с водой плотно закрываем пробкой, в которую вставлена стеклянная трубочка. Из фольги делаем вертушку и крепим её на булавке к деревянной планке, которую вставляем в штатив. Пробирку устанавливаем наклонно на другом штативе и поджигаем сухой спирт. Образующийся водяной пар под большим давлением вырывается через трубочку, попадает на вертушку и заставляет её вращаться.
Водяной пар, имеющий избыточное давление по сравнению с окружающей средой, совершает работу, вращая вертушку, внутренняя энергия пара уменьшается, он охлаждается.
Из алюминиевой фольги делаем корпус парохода, на дно в металлическую крышечку кладем сухой спирт. Из яйца через два отверстия, проделанных иголкой, выдуваем содержимое, пустое яйцо промываем, одно отверстие заклеиваем, заполняем с помощью шприца на треть водой и устанавливаем с помощью алюминиевого держателя на пароход. Спирт поджигаем — вода закипает, образуется пар. Вырываясь струёй, он заставляет пароходик двигаться в противоположную сторону.
Внутренняя энергия топлива превратилась во внутреннюю энергию воды, а затем водяного пара. Пар, расширяясь, вырывается из отверстия и , совершая работу, охлаждается. Пароходик движется.
Целью моей работы было — исследовать, действительно ли история развития тепловых двигателей — это история прогресса. В ходе изучения истории развития тепловых двигателей, я могу высказать своё мнение: создание и развитие тепловых двигателей это действительно большой шаг к развитию научно- технического прогресса.
В дальнейшем возможно рассмотреть, какое пагубное влияние оказывают тепловые двигатели на окружающую среду, какие существуют пути решения этих экологических проблем .
Глазунов А.Т. Техника в курсе физики средней школы, М.. Просвещение, 1977.
Читайте также: