مرکز دانلود خلاصه کتاب و جزوات دانشگاهی

موتور بخار

مقدمه

تصويري كه از انقلاب صنعتي در ذهن بسياري نقش مي بندد، با موتور بخار همراه است.

اختراع موتور بخار به جيمز وات منتسب مي شود، هر چند كه آنچه وي ساخت، در واقع صورت تكامل يافته دستگاهي بود كه كسان ديگري در تكميل آن مشاركت كرده بودند. موتور بخار با مهار انرژي سوخت سنگواره اي (زغال سنگ) و استفاده از چرخ دنده، انسان را از به كارگيري انرژي جسمي خود و حيوانات تا حد زيادي راحت كرد. صنعت در انگليس و تدريجاً در ساير كشورهاي غربي جايگزين كشاورزي- به عنوان صورت غالب فعاليت اقتصادي- شد.

اگر در اقتصاد كشاورزي پس از دوره نوسنگي، زمين اهميت داشت، انقلاب صنعتي اين اهميت را به سرمايه منتقل كرد.

در بعد فرهنگي، كاربرد موتور بخار در فرايندهاي چاپ به گسترش نشر كتاب و مجلات و در نتيجه افزايش سواد در ميان مردم انجاميد. اين امر باعث شكل گيري مطالبات اجتماعي و مشاركت فزاينده مردم در فرايندهاي سياسي شد. تشكيل احزاب سياسي از يادگارهاي اين دوره است.

نیروی بخار

انسان هزاران سال برای انتقال اجسام یا از نیروی بدنی خود یا از نیروی جانوران استفاده می‌کرد. بعدها کم کم از نیروی طبیعی مانند آب و باد استفاده کند (مثلا در آسیاهای بادی و آبی). در قرن هفدهم پاپن دانشمند فرانسوی متوجه نیروی بخار شد. در سال 1698 م. یک مهندس انگلیسی به نام سبیوری موفق شد که عملا نخستین ماشین بخار را بسازد. اساس کار ماشین بخار بر ایجاد خلا استوار است. آب را می جوشانند و بخار آب را وارد دیگی می‌کنند و با سرد کردن دیگ ، بخار به صورت مایع در می‌آید و ایجاد خلا می‌کند و همین خلا پیستون یا تلمبه‌ای را به حرکت در می‌آورد.

دو صنعتگر دیگر انگلیسی به نام بولتون جیمز وات ماشین بخار سیوری را تکمیل کردند و آنگاه استیونسون مخترع دیگر انگلیسی با استفاده از ماشین بخار لوکوموتیو را ساخت و بدین گونه قطار راه آهن بکار گرفته شد. در میان کسانی که نام بردیم تنها پاپن دانشمند فرانسوی دارای تحصیلات بود و دیگران تعمیر کارانی بودند که از کشفیات علمی بهترین بهره را بردند. در قرن نوزدهم صنعتگران و مخترعان پیش از گذشته به اهمیت و تأثیر علم بر صنعت پی بردند و از همین روست که قرن نوزدهم را قرن اختاعات نامیدند. اخترع کشتی بخار یکی از دستاوردهای استفاده از نیروی بخار بود.

اختراع کشتی بخار

نخستین وسیله عبور از آبراهه‌ها را انسان با به هم بستن چوبهای قطور و یا خالی کردن درون تنها درختانی ساختند و از آنها برای عبور رودخانه و دریاچه استفاده می‌کردند. پس از مدتی کشتی پارویی و کشتی بادی ساخته شد. کشتیهای بادی دکل و بادبان داشتند و کشتیهای پارویی با نیروی پاروها حرکت می‌کرد. با گذشت قرنها ساخت کشتیها کم کم تکامل یافت و بر تعداد دکلها و بادبانهای آنها افزوده شد و کشتیهای پارویی هم گامی به دو و یا سه ردیف پارو مجهز شدند. در قرن هفدهم آلبرت فولتن (1765 - 1815م.) مخترع آمریکایی که به قایقرانی علاقه بسیار داشت به این فکر افتاد که با ساختن وسایلی جدیدی زحمت پارو زدن را از میان بر دارد.

فولتن در سال 1778 م. موفق شد که پاروهای چرخی برای قایق اختراع کند. ولی این پاروهای چرخی نیز او را راضی نمی‌کرد. او همچنان در اندیشه اختراع وسیله‌ای بود که بشر را از زحمت زیاد برای راندن قایق به جلو خلاصه کند. در همان سال بود که وی اخبار دلگرم کننده‌ای از پیشرفت دانشمندان انگلیسی درباره استفاده از نیروی بخار شنید. لذا پولی فراهم کرد و برای آگاهی بیشتر در این زمینه به سال 1786 م. به انگلستان سفر کرد.

در انگلستان آلبرت هر روز به کارگاههای صنعت گران و قایق سازان رفت و آمد می‌کرد و بالاخره خود قایقی ساخت که می‌توانست با نیروی بخار کار کند. وی در سال 1806 م. به آمریکا بازگشت. فولتن با استفاده از تجربیات گذشتگان در اندیشه ساختن یک کشتی بود که با نیروی بخار کار کند. سرانجام در سال 1807 م. فولتن کشتی بخاری ساخت که یک سال تمام روی موتور آن کار کرده و آن را مجهز به دیگ بخار ساخته بود. هودسن بسوی ایالت نیویورک حرکت کرد. سرعت این کشتی آن چنان زیاد بود که مسافت 300 مایل را در مدت 62 ساعت طی کرد. فولتن در سال 1815 م. در گذشت. یک سال بعد اولین کشتای مسافربری بخاری از دریای انگلیس عبور کرد. امروزه ما شاهد حرکت کشتیهای غول پیکر اقیانوس پیما بر روی آب دریاها هستیم، اما نباید فراموش کنیم که این پیروزی‌ها نتیجه زحمات و کوششهای دانشمندانی بود که به نیروی بخار پی بردند.

نیروی آب

آب یکی از منابع بسیار قدیم نیرو است که با اختراع توربین آب به نیروی صنعتی امروزی تبدیل شده است. در چرخ آبی از نیروی آب موجود فقط به مقدار ناچیزی استفاده می‌شد، زیرا فشار آب فقط بر نصف چرخ وارد می‌آمد. در توربین ، چرخ را افقی قرار داده‌اند بطوری که فشار آب تمام پرده‌ها را همزان به حرکت در می‌آورد. ویکتور کاپلان تیغه‌هایی درست کرد که بر حسب جریانهای مختلف آب زاویه آنها قابل تنظیم بود و به این ترتیب توربین را بیش از پیش سودمند ساخت. امروزه توربین های گوناگون برای شرایط گوناگون وجود دارد. یکی از جدیدترین آنها توربین دریاز است که به نام مخترعش معروف شده و در آبشار نیاگارا ، واقع در کانادا ، از آن بهره برداری می‌شود.

مهمترین کاربرد توربین در ژنراتورهای برق است. ژنراتورهای آبی ، برق را ارزانتر تولید می‌کنند تا نیروگاههای بخاری ، زغال سنگی یا نفتی. کارحانجات برق آبی می‌توانند از آبهای جذر و مد دریا ، آبشارها ، رودخانه‌ها دریاچه‌ها و انبارهای مصنوعی استفاده کنند. چون ماده خام این کارخانه‌ها به هزینه زیاد حمل احتیاج ندارد، می‌توان آنها را در نواحی دور دست احداث نمود و به این طریق صنایع جدیدی را به مناطقی که قبلا صرفه نداشته است منتقل کرد.

ماشین های بخار : اولین اتومبیل ها

موتور بخار یک موتور احتراق خارجی است که از انرژی گرمایی موجود در بخار آب استفاده کرده و آن را به کار مکانیکی تبدیل مي کند. موتور بخار به عنوان موتور اصلی پمپ ها و لکوموتیو ها, کشتی های بخار و تراکتور استفاده مي شد و دلیل اصلی انقلاب صنعتی بود. توربین های بخار گونه ای از همان موتور بخار, همچنان به صورت گسترده به عنوان ژنراتور الکتریسیته مورد استفاده دارند اما مدل های قدیمی تر تقریباً به طور کامل با موتورهای درون سوز و موتورهای الکتریکی جایگزین شده اند. یک موتور بخار به قسمت جوشش نیازمند است تا آب را به جوش آورده و تولید بخار کند. گسترش بخار آب باعث اعمال نیرو به پیستون یا پره ي توربین مي شود که حرکت آن موجب چرخیدن چرخ ها یا حرکت سایر اجزاء مي گردد. یکی از محسنات موتور بخار این است که هر نوع منبع حرارتی مي تواند در قسمت جوشش برای تولید بخار استفاده شود ولی مورد بسیار معمول, آتشی است که توسط چوب, ذغال یا سوخت و گرمای تولیدی در رآکتور هسته ای است.

اولین اتومبیل ها؛ ماشین های بخار

در سال 1769 کاپیتان نیکولاس جوزف کاگنات که یک افسر فرانسوی بود اولین اتومبیل را ساخت که البته برای حمل و نقل اجزای توپخانه بود. اتومبیل بخار کاگنات یک سه چرخه بود که مي توانست چهار اسلحه حمل کند. بیشترین سرعتش به 3.2 کیلومتر بر ساعت میرسید و باید هر 20 دقیقه توقف مي کرد تا بخار جدید تولید کند. در 1825 سر گولد زوری گورنی اولین گاری بدون اسب را که به واسطه نیروی بخار کار مي کرد, اختراع کرد.

این موفقیت بزرگی نبود اما گام بزرگی برای درک نحوه ي استفاده از بخار به عنوان نیروی مستقل بود. ماشین گورنی بیشتر به کالسکه شبیه بود که شش چرخ داشت که چهار چرخ آن وزن ماشین را تحمل میکردند و دو چرخ جلو به جای اسب استفاده مي شدند و برای چرخیدن کالسکه بخار مورد استفاده قرار مي گرفت.

سر گورنی بعدها موتور خود را طراحی دوباره کرد که تغییر مسیرش توسط موتور بود و به عنوان پسای گورنی نامیده مي شد. در 1829 این اتومبیل از لندن تا بث را طی کرد گرچه در این اولین سفر اتومبیل, با درشکه ي پست بریستول تصادف کرد و بعدها مورد حمله ي راه زنان قرار گرفت و مجبور بود تحت حفاظت طی طریق کند. میانگین سرعت در سفرهای بین شهری 15 متر در ساعت بود و به عنوان اولین سفر طولانی انجام شده توسط یک ماشین مکانیکی دانسته شد. در سال 1806 موتور بخار گورنی در سیستم راکت جورج و رابرت استفاده شد که به سرعت 30 متر در ساعت نیز رسید که در آن زمان رکورد خوبی به حساب میآمد, در همان سال استفنسون که از کار گورنی خبر نداشت لکوموتیو بخار را ساخت که قبلاً توسط گورنی طراحی شده بود ولی در آن زمان به نام استفنسون ثبت اختراع شد و تلاش های گورنی برای ثابت کردن ادعای خود بی نتیجه بود. دلیل اصلی شهرت گورنی بیشتر بابت "نور آهک "وی بود, او سیستمی از هیدروژن و اکسیژن طراحی کرد که در آن حرارت بالا به یکباره توسط سوختن این دو عنصر تولید مي شد. او این عملیات را روی ماده های متفاوت امتحان کرد و دریافت که نور خیره کننده ایجاد شده توسط آهک از همه بیشتر است. این نور, به نور آهک معروف شد و از فاصله 95 مایلی نیز قابل مشاهده بود. نور آهک مصارف زیادی در تئاتر پیدا کرد ولی شهرت گورنی مدیون استفاده از نور آهک در فانوس های دریایی بود.

در زیر متنی است از قول گورنی در مورد طراحی اش

"تلاش من در زمینه موتورهای لکوموتیو و ابزار مرتبط با آن شامل یک ترتیب مرکزی و شناسایی قسمت های مهم لکوموتيوهای فشار بالا موتور بخار بود که این قسمت ها را به هم مربوط مي ساخت و برای درشکه ها و کالسکه های مسافرتی مناسب مي کرد, به همین دلیل برای سوق دادن آن به سوی حرکت در جاده های معمولی و بدون استفاده از اسب با سرعت مناسب که برای مسافران نیز مناسب باشد, آزمایش های زیادی انجام داده ام که در انتها به ترکیب موتور لکوموتیو با اتاق درشکه منجر شد که قابلیت تطابق خود با مسیرهای طولانی در جاده های موجود با حمل بار و مسافر را دارا بود. با این توصیف رقابت برای ساخت و توسعه موتورهای لکوموتیو ممکن است به ساخت مدل های کارآمدتر برای مسافران و مناسب تر برای جاده ها منتهی شود. تلاش قبلی افراد برای دستیابی به این مهم بی نتیجه مانده است ولی من موفق شدم به اصل تولید و چگونگی رسیدن به هدف مورد نظر دست یابم. "

نیکو لاس جوزف کاگنات (25 سپتامبر 1725-2 اکتبر 1804) مخترع فرانسوی بود که به عنوان اولین سازنده ي اتومبیل شناخته شده است.کاگنات متولد وید لورین بود, او به عنوان مهندس ارتش فعالیت خود را آغاز کرد و تجربه های خود را از کار کردن با مدل های موتور بخار در ماشین های ارتشی به دست آورد که برای حمل و نقل توپ های نظامی به کار برده مي شد.کاگنات اولین کسی بود که استفاده از نیروی بخار برای جلو عقب بردن پیستون را پیشنهاد داد, که در سال 1769 بر روی واگن بخار مورد استفاده قرار گرفت.

سال بعد وی مدل پیشرفته تری از آن را عرضه کرد, گفته مي شود ماشین وی قابلیت کشش 4 تن و حرکت با سرعت 4 کیلومتر در ساعت را داشت, این ماشین سنگین دارای دو چرخ در قسمت عقبی و یکی در جلو بود که به موتور بخار وصل و قابل کنترل بود, در سال 1771 اتومبیل وی با دیوار تصادف کرد که این تصادف اولین تصادف یک ماشین شناخته شد. بعدها در سال 1772 پادشاه لوئیس برای کاگنات مبلغی در حدود 600 فرانس در سال برای اختراعاتش در نظر گرفت. در انقلاب فرانسه کاگنات مجبور به ترک فرانسه و زندگی فقیرانه در بروکسل شد, گرچه بعدها دوباره به دعوت ناپلئون بنا پارت به فرانسه باز گشت و همان جا دار فانی را وداع گفت.

اتومبیلی که ما می شناسیم در یک روز و توسط یک نفر ساخته نشد این تاریخ از اتومبیل ها نشان دهنده ي انقلابی است که در صنعت و مکانیک روی داد :

• اتومبیل کاگنات توسط یک مهندس فرانسوی پیشرفته تر شد, onesipher pecqueur, که برای موتورش تعویض دنده تعریف کرد.
• در 1789 ثبت اختراع امریکا برای وسیله نقلیه ی زمینی با قدرت بخار به نام الیور ایوانز صورت گرفت.
• در 1801 ریچارد ترویسیک اولین اتومبیل بخار را در انگلستان ساخت.
• 1820 تا 1840 اوج استفاده از وسیله نقلیه های بخار در انگلستان بود.
• ساخت تراکتور های بخار توسط چارلز دیتز مسافران را بین پاریس و بوردکس انتقال مي داد.
• بین سالهای 1860 تا 1880 شمار بسیاری از اتومبیل های بخار توسط مخترعین گوناگون از جمله هریسون دایر, جوزف دیکسون, رافوس پورتر و ویلیام تی جیمز ساخته شد.
• امدئی بولی اتومبیل پیشرفته ای با موتور بخار در سالهای 1873 تا 1883 ساخت که در آن از سیستمهای جلو بندی موتور, محور مرکزی, چرخش چرخ ها در حالت عمودی محور استفاده کرد و قسمت جوشش را در سمت عقب, پشت قسمت مسافران قرار داد.
• در 1871 دکتر جی دبلیو کارهارت پروفسور فیزیک در دانشگاه وینکونسین و کمپانی جی آی کیس با هم اتومبیل بخاری ساختند که مسابقه 200 مایلی را برد.

منابع

سايت www.tebyan.net

www.daneshnameh.roshd.ir

فهرست مطالب

عنوان صفحه

موتور بخار. 1

مقدمه. 1

نیروی بخار. 1

اختراع کشتی بخار. 3

نیروی آب... 4

ماشین های بخار : اولین اتومبیل ها5

اولین اتومبیل ها؛ ماشین های بخار. 6

منابع. 9