蒸汽機(jī)對(duì)歷史的影響
蒸汽機(jī)是將蒸汽的能量轉(zhuǎn)換為機(jī)械功的往復(fù)式動(dòng)力機(jī)械。蒸汽機(jī)的出現(xiàn)曾引起了18世紀(jì)的工業(yè)革命。以下是學(xué)習(xí)啦小編為大家整理的蒸汽機(jī)對(duì)歷史的影響,希望能幫到你。
蒸汽機(jī)對(duì)歷史的影響
解決了工業(yè)發(fā)展中的動(dòng)力問(wèn)題。自此以后,只要有煤作燃料開動(dòng)蒸汽機(jī),就可根據(jù)需要建立工廠,不再受河流的限制。促使工業(yè)革命轟轟烈烈地展開,出現(xiàn)了發(fā)明和使用機(jī)器的熱潮。瓦特蒸汽機(jī)應(yīng)用于運(yùn)輸業(yè)中,導(dǎo)致蒸汽輪船和機(jī)車出現(xiàn),交通運(yùn)輸業(yè)發(fā)生了徹底變化,人們的交往更加方便,經(jīng)濟(jì)和文化聯(lián)系也日益密切,世界日益成為一個(gè)整體。 推動(dòng)人類社會(huì)由此進(jìn)入“蒸汽時(shí)代”。蒸汽機(jī)是工業(yè)革命時(shí)期最偉大的發(fā)明。蒸汽機(jī)的廣泛利用,促使工場(chǎng)手工業(yè)作坊轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)器大工業(yè)工廠,真正意義上的社會(huì)化大生產(chǎn)逐漸形成。工業(yè)化的進(jìn)程加快了。──歷史已跨進(jìn)了一個(gè)新的時(shí)代。造成了環(huán)境污染。那些高聳入云的煙囪,噴出縷縷煙霧,龐大的廠房,發(fā)出隆隆的轟鳴,打破了原來(lái)中世紀(jì)田園生活的恬靜,為此人類付出了沉重的代價(jià)。
蒸汽機(jī)有很大的歷史作用,它曾推動(dòng)了機(jī)械工業(yè)甚至社會(huì)的發(fā)展,解決了大機(jī)器生產(chǎn)中最關(guān)鍵的問(wèn)題,推動(dòng)了交通運(yùn)輸空前的進(jìn)步。隨著它的發(fā)展而建立的熱力學(xué)和機(jī)構(gòu)學(xué)為汽輪機(jī)和內(nèi)燃機(jī)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ);汽輪機(jī)繼承了蒸汽機(jī)以蒸汽為工質(zhì)的特點(diǎn),和采用凝汽器以降低排汽壓力的優(yōu)點(diǎn),摒棄了往復(fù)運(yùn)動(dòng)和間斷進(jìn)汽的缺點(diǎn);內(nèi)燃機(jī)繼承了蒸汽機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和傳動(dòng)形式,采用了將燃油直接輸入汽缸內(nèi)燃燒的方式,形成了熱效率高得多的熱力循環(huán);同時(shí),蒸汽機(jī)所采用的汽缸、活塞、飛輪、飛錘調(diào)速器,閥門和密封件等,均是構(gòu)成多種現(xiàn)代機(jī)械的基本元件。
工業(yè)革命的產(chǎn)生一部分原因是因?yàn)檎羝麢C(jī)的改良(瓦特沒有發(fā)明蒸汽機(jī),他只是改良),而蒸汽機(jī)車的產(chǎn)生也是因?yàn)檎羝麢C(jī)的改良以及后人的應(yīng)有而產(chǎn)生的,當(dāng)時(shí)英國(guó)鼓勵(lì)發(fā)明,并且在人口增加需要增加生產(chǎn)速度之時(shí),便開始有人努力的改進(jìn)當(dāng)時(shí)的生產(chǎn)設(shè)備,瓦特便是其中之一,而瓦特改良蒸汽機(jī)導(dǎo)致一系列技術(shù)革命引起了從手工勞動(dòng)向動(dòng)力機(jī)器生產(chǎn)轉(zhuǎn)變。因此蒸汽機(jī)的改良絕對(duì)是促成工業(yè)革命的原因之一。而蒸汽機(jī)車是一種以蒸汽引擎作為動(dòng)力來(lái)源的鐵路機(jī)車,因此若沒有蒸汽機(jī)的改良便不可能有這項(xiàng)交通工具的誕生。
蒸汽機(jī)的發(fā)明歷史
世界上第一臺(tái)蒸汽機(jī)是由古希臘數(shù)學(xué)家亞歷山大港的希羅(Hero of Alexandria)于1世紀(jì)發(fā)明的汽轉(zhuǎn)球(Aeolipile),是蒸汽機(jī)的雛形。
約1679年法國(guó)物理學(xué)家丹尼斯·巴本在觀察蒸汽逃離他的高壓鍋后制造了第一臺(tái)蒸汽機(jī)的工作模型。約與此同時(shí)薩繆爾·莫蘭也提出了蒸汽機(jī)的主意。
1698年托馬斯·塞維利、1712年托馬斯·紐科門和1769年詹姆斯·瓦特制造了早期的工業(yè)蒸汽機(jī),他們對(duì)蒸汽機(jī)的發(fā)展都做出了自己的貢獻(xiàn)。1807年羅伯特·富爾頓第一個(gè)成功地用蒸汽機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)輪船。瓦特運(yùn)用科學(xué)理論,逐漸發(fā)現(xiàn)了這種蒸汽機(jī)的毛病所在。從1765年到1790年,他進(jìn)行了一系列發(fā)明,比如分離式冷凝器、汽缸外設(shè)置絕熱層、用油潤(rùn)滑活塞、行星式齒輪、平行運(yùn)動(dòng)連桿機(jī)構(gòu)、離心式調(diào)速器、節(jié)氣閥、壓力計(jì)等等,使蒸汽機(jī)的效率提高到原來(lái)紐科門機(jī)的3倍多,最終發(fā)明出了現(xiàn)代意義上的蒸汽機(jī)。
16世紀(jì)末到17世紀(jì)后期,英國(guó)的采礦業(yè),特別是煤礦,已發(fā)展到相當(dāng)?shù)囊?guī)模,單靠人力、畜力已難以滿足排除礦井地下水的要求,而現(xiàn)場(chǎng)又有豐富而廉價(jià)的煤作為燃料。現(xiàn)實(shí)的需要促使許多人,如英國(guó)的帕潘、薩弗里、紐科門等就致力于"以火力提水"的探索和試驗(yàn)。
最初的真空蒸汽機(jī)被用來(lái)將礦井里的水抽出來(lái)。紐科門的蒸汽機(jī)將蒸汽引入氣缸后閥門被關(guān)閉,然后冷水被撒入汽缸,蒸汽凝結(jié)時(shí)造成真空?;钊硪幻娴目諝鈮毫ν苿?dòng)活塞。在礦井中聯(lián)結(jié)一根深入豎井的桿來(lái)驅(qū)動(dòng)一個(gè)泵。蒸汽機(jī)活塞的運(yùn)動(dòng)通過(guò)這根桿傳到泵的活塞來(lái)將水抽到井外。
第一個(gè)巨大的改善是將氣缸與凝結(jié)缸通過(guò)一個(gè)閥門分開。瓦特在伯明翰發(fā)明了這個(gè)改進(jìn)。這個(gè)改進(jìn)提高了蒸汽機(jī)的效率。下一個(gè)改進(jìn)是將閥門的操作自動(dòng)化。
這些早期的真空蒸汽機(jī)的效率有限,但它們比較安全,因?yàn)樗鼈兊膲毫Ρ容^低,在物質(zhì)發(fā)生損壞的情況下機(jī)器向內(nèi)收縮,而不是向外爆炸。它們的效率受外部氣壓、氣缸變形、燃燒和沸騰的效率和凝結(jié)能力的限制。理論最高效率受水在普通大氣壓下比較低的沸騰溫度限制。使用高溫高壓的蒸汽為蒸汽機(jī)的效率帶來(lái)了巨大的提高。但這種蒸汽機(jī)比真空蒸汽機(jī)危險(xiǎn)得多。鍋爐和機(jī)器的爆炸造成了許多大事故。安全閥在這里帶來(lái)了很大的改進(jìn),在壓力過(guò)高的情況下安全閥放氣減壓。但真正保證安全只有依靠建造、運(yùn)行和維護(hù)的經(jīng)驗(yàn)和安全規(guī)則。
薩弗里制成的世界上第一臺(tái)實(shí)用的蒸汽提水機(jī),在1698年取得標(biāo)名為"礦工之友"的英國(guó)專利。他將一個(gè)蛋形容器先充滿蒸汽,然后關(guān)閉進(jìn)汽閥,在容器外噴淋冷水使容器內(nèi)蒸汽冷凝而形成真空。打開進(jìn)水閥,礦井底的水受大氣壓力作用經(jīng)進(jìn)水管吸入容器中;關(guān)閉進(jìn)水閥,重開進(jìn)汽閥,靠蒸汽壓力將容器中的水經(jīng)排水閥壓出。待容器中的水被排空而充滿蒸汽時(shí),關(guān)閉進(jìn)汽閥和排水閥,重新噴水使蒸汽冷凝。如此反復(fù)循環(huán),用兩個(gè)蛋形容器交替工作,可連續(xù)排水。
薩弗里的提水機(jī)依靠真空的吸力汲水,汲水深度不能超過(guò)六米。為了從幾十米深的礦井汲水,須將提水機(jī)裝在礦井深處,用較高的蒸汽壓力才能將水壓到地面上,這在當(dāng)時(shí)無(wú)疑是困難而又危險(xiǎn)的。
紐可門及其助手卡利在1705年發(fā)明了大氣式蒸汽機(jī),用以驅(qū)動(dòng)獨(dú)立的提水泵,被稱為紐科門大氣式蒸汽機(jī)。這種蒸汽機(jī)先在英國(guó),后來(lái)在歐洲大陸得到迅速推廣,它的改型產(chǎn)品直到19世紀(jì)初還在制造。紐科門大氣式蒸汽機(jī)的熱效率很低,這主要是由于蒸汽進(jìn)入汽缸時(shí),在剛被水冷卻過(guò)的汽缸壁上冷凝而損失掉大量熱量,只在煤價(jià)低廉的產(chǎn)煤區(qū)才得到推廣。
蒸汽機(jī)火車頭
蒸汽機(jī)火車頭1764年,英國(guó)的儀器修理工詹姆斯·瓦特為格拉斯哥大學(xué)修理紐可門蒸汽機(jī)模型時(shí),注意到了這一缺點(diǎn),并于1765年發(fā)明了設(shè)有與汽缸壁分開的凝汽器的蒸汽機(jī),并于1769年取得了英國(guó)的專利。初期的瓦特蒸汽機(jī)仍用平衡杠桿和拉桿機(jī)構(gòu)來(lái)驅(qū)動(dòng)提水泵,為了從凝汽器中抽除凝結(jié)水和空氣,瓦特裝設(shè)了抽氣泵。他還在汽缸外壁加裝夾層,用蒸汽加熱汽缸壁,以減少冷凝損失。