Борис Андреев - Завоевание природы
Но что это значит? Это значит, что все-таки из 100 килограмм угля восемьдесят сгорает для нас бесполезно, "улетает в трубу"!..
Гораздо лучше используются некоторые сорта угля (жидкие или газообразные) в так называемых двигателях внутреннего сгорания. Но прежде, чем говорить о них, посмотрим, какую службу сослужила человеку паровая машина.
4. Пар на службе человеку.
До появления паровой машины труд человека был главным образом ручным трудом. Но это был уже часто не труд прежнего искусного ремесленника, от которого требовались ловкость, навык, обученность. Теперь появились такие орудия труда, как, например, ткацкий станок или ручной насос. Это были рабочие самодействующие механизмы, которые требовали от человека однообразных и, сравнительно, несложных движений. Качай взад-вперед ручку насоса да и только. Сама собой напрашивалась мысль, что к таким машинам нужно приспособить двигатель более совершенный, чем человек.
В качестве двигателей пользовались в то время еще животными, иногда силой воды (водяные мельницы) и силой ветра (парусные суда, ветряные мельницы). Но животные давали в общем немногим больше, чем человек. Удобные места для постройки водяного двигателя есть далеко не везде. А ветер — вещь капризная: он дует, не считаясь с желаниями человека. В самый нужный момент его и вовсе может не оказаться. Всех этих недостатков не имеет паровая машина.
Сила пара полностью находится в распоряжении человека. Ее можно применить в любом месте, где найдутся вода и топливо. Она не требует отдыха, как человек или животное. Паровой двигатель можно сделать любой силы: от силы человека до силы многих сотен
лошадей. Для управления этой силой со стороны человека достаточно небольшого усилия для поворота рычага или нажима рукоятки. Таким образом паровой двигатель мог прекрасно обслуживать нужды развивающейся промышленности.
В связи с ростом потребностей развивался и размах производства. Паровой двигатель, все время совершенствуясь, давал возможность производить гораздо больше товаров, чем раньше.
И вместе с тем он связывал в единое хозяйственное целое большие области и страны. Какой-нибудь большой металлургический завод производит изделия не только для своего района, но и для всей страны и даже для других стран. То же самое и всякий другой завод, всякая большая фабрика. Это создает необходимость быстрой переброски большого количества товаров, а также всякого рода сырья на значительные расстояния. Паровой двигатель дает возможность усовершенствовать и транспорт.
На примере развития железнодорожного сообщения можно наглядно видеть увеличение значения парового двигателя по мере его совершенствования.
В 1825 году в Англии между городами Стоктоном и Дарлингтоном открылась первая железная дорога. А через несколько лет бывшим рабочим Джорджем Стефенсоном был построен паровоз "Ракета" (рис. 19), развивавший неслыханную до того времени скорость — более 22 километров в час — и тащивший за собой поезд в 17 тонн (около 1000 пудов) весом. С тех пор железная дорога стала быстро распространяться по всему миру. В настоящее время железнодорожные пути мира достигают более миллиона километров длины. Ими можно было бы 25 раз опоясать весь земной шар. Современный паровоз развивает скорость в 50 — 80 и даже больше километров в час.
Он почти в четыре раза длиннее "Ракеты" (см. рис. 20) и но крайней мере в 10 раз сильнее, несмотря на то, что расходует на километр пути и тонну груза вчетверо меньше угля, чем "Ракета".
Не меньшие успехи сделало благодаря пару и море– плавание. Нам уже раньше пришлось говорить о размерах и грузоподъемности современных судов. Сравним теперь, как с применением пара увеличилась скорость их передвижения.
Христофор Колумб открыл в 1492 году Америку. На переезд от Европы до Америки на своих парусных судах ему пришлось затратить 70 дней. Первому паровому пароходу нужно было для этого уже только 26 дней. А современный океанский пароход затрачивает на это путешествие всего 5 дней.
К концу прошлого столетия жизнь людей в культурных странах была уже совсем не та, чем в начале того же столетия. Произошло это благодаря невиданным до того времени успехам техники. И эти успехи были неразрывно связаны с применением и усовершенствованием паровой машины. Какую важную роль она играет в производстве и до сих пор — это отлично знает каждый работающий на фабрике или заводе рабочий.
5. Двигатели внутреннего сгорания.
Когда вы видите на улицах большого города огромное число снующих взад и вперед автомобилей и мотоциклов, когда замечаете бороздящую тихую гладь спокойной реки моторную лодку или слышите характерный треск пролетающего над вашей головой самолета, то вы вряд ли думаете о том, что для приведения в движение всех этих аппаратов нужно было изобрести какой-то особый, не похожий на паровую машину двигатель. А между тем это так. Разве можно представить себе тяжелую громоздкую паровую машину, заключенную в легком автомобиле или, особенно, в самолете? Нет! Здесь нужен двигатель, не занимающий много места, нс увеличивающий бесполезный груз, послушный легкому движению руки управляющего им человека и в то же время достаточно сильный. Таким двигателем и является двигатель внутреннего сгорания.
Чем отличается его действие от действия паровой машины?
Прежде всего тем, что в нем применяется почти исключительно газообразное или жидкое топливо. Но не это главное. Главное отличие состоит в том, что это топливо сжигается не в отдельной топке (как это делается в паровой машине), а прямо внутри того прибора, который превращает тепло в энергию движения. Благодаря этому сильно уменьшаются бесполезные потери тепла, а сам двигатель не требует столько места, сколько он потребовал бы, если бы в нем были еще отдельные топка и котел.
Для того, Чтобы лучше понять действие двигателя внутреннего сгорания, рассмотрим, как действует, например, имеющий теперь большое применение четырехтактный двигатель.
На рисунке 21 изображен в четырех разных положениях цилиндр этого двигателя, внутри которого ходит поршень, приводящий в движение связанный с ним рабочий вал (снизу). Через левую трубку в цилиндр поступает смесь из паров бензина и воздуха; через правую — выталкиваются вон отработавшие газы. Смотрите теперь на левый верхний рисунок.
Поршень идет вниз, клапан левой трубки открыт, клапан правой — закрыт; благодаря этому происходит засасывание в цилиндр горючей смеси. Это первый ход, или, как говорят, первый такт двигателя.
В тот момент, когда поршень дошел донизу и начинает подниматься вверх, клапан левой трубки закрывается (см. правый верхний рисунок). Смеси выйти из цилиндра нельзя и она сильно сжимается поршнем, нагреваясь при этом. Это — второй такт двигателя.
В тот момент, когда поршень опять начинает
опускаться (см. левый нижний рисунок), смесь поджигается электрической искрой. Она взрывает. Образовавшиеся при взрыве газы с силой толкают поршень вниз. Это третий, так называемый рабочий такт двигателя.
Когда поршень, дойдя донизу, начинает снова подниматься, то открывается клапан правой трубки (см. правый нижний рисунок) через которую и выталкиваются из цилиндра отработавшие газы. Эго — четвертый такт двигателя. После этого работа идет опять в том же порядке, как описано.
Как мы видим, из каждых четырех ходов, или тактов, двигателя только один является рабочим. Толчок, получаемый двигателем при сгорании горючего, настолько силен, что его хватает и на остальные три такта.
Так работает четырехтактный двигатель внутреннего сгорания.
Есть, конечно, целый ряд двигателей внутреннего сгорания и другого устройства. Есть такие, в которых один рабочий ход приходится на каждые два такта (двухтактные двигатели). Есть такие, в которых работает не один цилиндр, а несколько. При этом рабочие ходы каждого приходятся на разное время, почему такой двигатель работает более равномерно. Есть такие, которые работают не на бензине, а на керосине, нефти, спирте или на газовом топливе (используя, например, газы доменных печей, в которых выплавляется железо из руд). Но у всех этих разнообразных двигателей есть одно общее свойство: они используют тепло сгорающего в них топлива лучше, чем паровая машина. В двигателях внутреннего сгорания в полезную работу переводится уже около третьей части затрачиваемого на них тепла, а иногда даже и несколько больше. Это делает их наиболее экономичными из современных тепловых машин.
Мы видим, следовательно, как по мере развития науки и техники все время лучше и лучше использовало человечество для своих нужд работу "черных слуг"— разных видов угля. Это будет еще нагляднее, если сравнить следующие цифры.
Для получения мощности в 1 лошадиную силу расходовали каменного угля:
