Хронология технологии тепловых двигателей
| Термодинамика |
|---|
 |
Эта хронология технологии тепловых двигателей описывает, как тепловые двигатели были известны с древности, но с 17 века их превращали во все более полезные устройства, когда было достигнуто лучшее понимание задействованных процессов. Тепловой двигатель — это любая система, которая преобразует тепло в механическую энергию , которую затем можно использовать для совершения механической работы . Их разработка продолжается и сегодня.
В технике и термодинамике тепловой двигатель выполняет преобразование тепловой энергии в механическую работу , используя температурный градиент между горячим «источником» и холодным « поглотителем ». Тепло передается стоку от источника, и в этом процессе часть тепла преобразуется в работу .
— Тепловой насос это тепловой двигатель, работающий в обратном направлении. Работа используется для создания теплового перепада. Временная шкала включает в себя устройства, классифицируемые как двигатели и насосы, а также определяющие значительные прорывы в человеческом понимании.
До 17 века [ править ]
- Предыстория. Огненный поршень, используемый племенами Юго-Восточной Азии и на островах Тихого океана для разжигания огня.
- в. 450 г. до н.э. - Архит из Тарента использовал струю пара, чтобы привести в движение игрушечную деревянную птицу, подвешенную на проволоке. [1]
- в. 50 год нашей эры — Герой Александрийской машины, также известный как Эолипил . Демонстрирует вращательное движение, вызванное реакцией струй пара. [2]
- в. X век. В Китае разрабатываются самые ранние огненные копья , которые представляли собой копьевидное оружие, состоящее из бамбуковой трубки, содержащей порох и шрапнель, похожие на снаряды, привязанные к копью.
- c 12 век - Китай, самое раннее изображение ружья с металлическим корпусом и плотно прилегающим снарядом, обеспечивающим максимальное преобразование горячих газов в движение вперед. [3]
- 1125 г. - Герберт, профессор школ Реймса, спроектировал и построил орган, надуваемый воздухом, выходящим из сосуда, в котором он сжимался нагретой водой. [4]
- 1232 г. – Первое зарегистрированное использование ракеты . В битве между китайцами и монголами. (см. «Хронологию развития ракет и ракетных технологий», чтобы увидеть развитие ракет во времени.)
- в. 1500 – Леонардо да Винчи строит Архитоннер , паровую пушку. [5]
- 1543 г. - Бласко де Гарай, испанский военно-морской офицер, демонстрирует лодку, приводящую в движение без весел и парусов, в которой использовалась реакция струи, выходящей из большого котла с кипящей водой. [4]
- 1551 — Таки ад-Дин демонстрирует паровую турбину , используемую для вращения вертела . [6]
17 век [ править ]
- 1629 — Джованни Бранка демонстрирует паровую турбину . [7]
- 1662 г. - Роберт Бойль публикует закон Бойля , который определяет взаимосвязь между объемом и давлением газа при постоянной температуре. [8]
- 1665 — Эдвард Сомерсет , второй маркиз Вустер строит действующий паровой фонтан. [9]
- 1680 г. - Христиан Гюйгенс публикует проект поршневого двигателя, работающего на порохе, но он так и не был построен.
- 1690 г. - Дени Папен - разрабатывает конструкцию первой поршневой паровой машины.
- 1698 г. - Томас Савери строит беспоршневой паровой водяной насос для откачки воды из шахт.
18 век [ править ]
- 1707 — Дени Папен — совместно с Готфридом Лейбницем разрабатывает конструкцию своей второй поршневой паровой машины .
- 1712 – Томас Ньюкомен строит первый коммерчески успешный паровой водяной насос с поршневым и цилиндром для откачки воды из шахт. Он известен как атмосферный двигатель и работает за счет конденсации пара в цилиндре для создания вакуума, который перемещает поршень под действием атмосферного давления.
- 1748 – Уильям Каллен демонстрирует первое искусственное охлаждение на публичной лекции в Университете Глазго в Шотландии.
- 1759 – Джон Харрисон использует биметаллическую полоску в своем третьем морском хронометре (H3) для компенсации температурных изменений пружины баланса. Это преобразует тепловое расширение и сжатие двух разнородных твердых тел в механическую работу.
- 1769 г. - Джеймс Ватт патентует свой первый улучшенный атмосферный паровой двигатель, см. Паровой двигатель Ватта с отдельным конденсатором вне цилиндра, что удваивает эффективность более ранних двигателей.
- 1787 г. - Жак Шарль формулирует закон Шарля , описывающий зависимость между объемом газа и температурой. Однако он не публикует это, и это не признается до тех пор, пока Жозеф Луи Гей-Люссак не разработает и не ссылается на него в 1802 году.
- 1791 – Джон Барбер патентует идею газовой турбины .
- 1799 – Ричард Тревитик строит первую паровую машину высокого давления. При этом для перемещения поршня использовалась сила пара под давлением.
19 век [ править ]
- 1802 – Жозеф Луи Гей-Люссак разработал закон Гей-Люссака , описывающий зависимость между давлением и температурой газа.
- 1807 - Нисефор Ньепс питаемый «мохом, угольной пылью и смолой», установил свой двигатель внутреннего сгорания Пиреолофор, на лодку и дал энергию реке Соне во Франции.
- 1807 г. – франко-швейцарский инженер Франсуа Исаак де Риваз построил двигатель Де Риваза , работающий на основе внутреннего сгорания смеси водорода и кислорода, и использовал его для привода колесного транспортного средства. [10]
- 1816 – Роберт Стирлинг изобрел двигатель Стирлинга , разновидность двигателя с горячим воздухом .
- 1824 – Николя Леонар Сади Карно разработал цикл Карно и связанную с ним гипотетическую тепловую машину Карно , которая является базовой теоретической моделью для всех тепловых двигателей . Это дает первое раннее понимание второго закона термодинамики .
- 1834 – Джейкоб Перкинс получил первый патент на парокомпрессионную холодильную систему.
- 1850-е годы - Рудольф Клаузиус излагает концепцию термодинамической системы и позиционирует энтропию как то, что в любом необратимом процессе небольшое количество тепловой энергии δQ постепенно рассеивается через границу системы.
- 1859 — Этьен Ленуар разработал первый коммерчески успешный двигатель внутреннего сгорания — одноцилиндровый двухтактный двигатель с электрическим зажиганием осветительного газа (не бензина).
- 1861 - Альфонс Бо де Роша из Франции создает концепцию четырехтактного двигателя внутреннего сгорания, подчеркивая ранее недооцененную важность сжатия топливно-воздушной смеси перед воспламенением.
- 1861 – Николаус Отто патентует конструкцию двухтактного двигателя внутреннего сгорания Ленуара.
- 1867 — Джеймс Клерк Максвелл постулировал мысленный эксперимент , который позже стал известен как « демон Максвелла» . Это, казалось, нарушало второй закон термодинамики и положило начало идее о том, что информация является частью физики тепла.
- 1872 г. – паровой насос с пульсометром , беспоршневой насос, запатентованный Чарльзом Генри Холлом. Он был вдохновлен паровым насосом Savery.
- 1873 – Британский химик сэр Уильям Крукс изобретает световую мельницу – устройство, которое превращает лучистую теплоту света непосредственно во вращательное движение.
- 1877 г. - Теоретик Людвиг Больцман представил вероятностный способ измерения энтропии ансамбля частиц идеального газа, в котором он определил энтропию как пропорциональную логарифму числа микросостояний, которые может занимать такой газ.
- 1877 - Николаус Отто патентует практичный четырехтактный двигатель внутреннего сгорания ( патент США 194 047 ).
- 1883 – Сэмюэл Гриффин из Бата, Великобритания, патентует шеститактный двигатель внутреннего сгорания . [11]
- 1884 – Чарльз А. Парсонс строит первую современную паровую турбину .
- 1886 - Герберт Акройд Стюарт создает прототип двигателя с горячей лампой , двигателя с воспламенением от сжатия и гомогенного заряда, работающего на жидком топливе , похожего на более поздний дизель, но с более низкой степенью сжатия и работающего на топливно-воздушной смеси.
- 1887 г. - Лорд Рэлей обсудил теоретическую возможность создания термоакустического теплового двигателя , который мог бы превращать разницу температур непосредственно в механическое движение, используя только звуковые волны. Трубка Рийке уже продемонстрировала это в 1859 году.
- 1892 – Рудольф Дизель патентует дизельный двигатель ( патент США 608845 ), в котором высокая степень сжатия генерирует горячий газ, который затем воспламеняет впрыскиваемое топливо . После пяти лет экспериментов и помощи компании MAN в 1897 году он построил работающий дизельный двигатель.
20 век [ править ]
- Примерно в 1910 году неизвестный изобретатель изготавливает игрушку « Пьющая птица », игрушечную птицу, которая непрерывно колеблется на шарнире, приводящемся в движение испарением и конденсацией летучей жидкости. Влажная и сухая части игрушки создают небольшую разницу температур из-за испарения воды.
- В 1909 году голландский физик Хайке Камерлинг-Оннес развивает концепцию энтальпии как меры «полезной» работы, которую можно получить в закрытой термодинамической системе при постоянном давлении.
- 1913 – Никола Тесла патентует турбину Теслы , основанную на эффекте пограничного слоя .
- 1926 – Роберт Годдард из США запускает первую ракету на жидком топливе .
- 1929 - Феликс Ванкель патентует роторный двигатель Ванкеля ( патент США 2 988 008 ).
- 1929 - Лео Сцилард , в усовершенствовании знаменитого сценария демона Максвелла, задумал тепловой двигатель, который может работать только на информации, известный как двигатель Сциларда .
- 1930 – сэр Фрэнк Уиттл в Англии патентует первую конструкцию газовой турбины для реактивного движения .
- 1933 – французский физик Жорж Ж. Ранк изобретает вихревую трубку , устройство для потока жидкости без движущихся частей, которое может разделять сжатый газ на горячий и холодный потоки.
- 1935 – Ральф Х. Фаулер изобретает название « нулевой закон термодинамики », чтобы обобщить постулаты, сделанные более ранними физиками о том, что тепловое равновесие между системами является транзитивным отношением .
- 1937 – Ганс фон Охайн строит газовую турбину.
- 1940 — Венгр Бела Карловиц, работающий в компании Westinghouse в США, подает первый патент на магнитогидродинамический генератор , который может генерировать электроэнергию непосредственно из горячего движущегося газа.
- 1942 — Р. С. Гауглер из General Motors патентует идею тепловой трубки — механизма теплопередачи, который сочетает в себе принципы теплопроводности и фазового перехода для эффективного управления передачей тепла между двумя твердыми границами раздела.
- 1950-е годы – компания Philips с циклом разрабатывает криокулер Стирлинга Стирлинга , который преобразует механическую энергию в разницу температур.
- практического термоэмиссионного преобразователя 1957 г. - первая демонстрация В. Уилсоном паров цезия в дуговом режиме. Электроны горячего катода действуют как рабочее тело, которое конденсируется на холодном аноде и производит электрический ток. В следующем десятилетии было продемонстрировано несколько его применений, в том числе использование с солнечными , горючими , радиоизотопными и ядерными источниками тепла. [12]
- 1959 - Гейсик, Шульц-Дюбуа и Сковилл из Bell Telephone Laboratories, США, создают трехуровневый мазер , который работает как квантовый тепловой двигатель, извлекая работу из разницы температур двух тепловых бассейнов.
- 1962 – Уильям Дж. Бюлер и Фредерик Ван открывают никель-титановый сплав, известный как нитинол , который обладает памятью формы, зависящей от его температуры.
- 1962 - Николаус Ротт вновь открыл тему термоакустических двигателей, описанных лордом Рэлеем в 1887 году, и провел полный теоретический анализ, который привел к технологическому развитию и рабочему устройству, установленному на космическом корабле "Шаттл" в 1992 году.
- первые практические магнитогидродинамические генераторы . 1992 г. – в Сербии и США построены
- 1996 г. – запатентован квазитурбинный двигатель. Беспоршневой роторный двигатель с ромбовидным ротором, стороны которого шарнирно закреплены в вершинах. Похож на двигатель Ванкеля , но шарниры по краям позволяют увеличить соотношение объемов.
21 век [ править ]
- 2011 г. - Шоичи Тоябе и другие демонстрируют работающий двигатель Сциларда с помощью фазово-контрастного микроскопа, оснащенного высокоскоростной камерой, подключенной к компьютеру. [13]
- 2011 — Университет штата Мичиган создает первый волновой дисковый двигатель . Двигатель внутреннего сгорания, в котором отсутствуют поршни, коленчатые валы и клапаны, а вместо них установлен дискообразный генератор ударных волн. [14]
- работающий квантовый тепловой двигатель, основанный на системе спина 1/2 и методах ядерного магнитного резонанса 2019 - Роберто Серра и другие демонстрируют , в университетах Ватерлоо , Федеральном университете ABC и Бразильском центре физических исследований . [15]
- 2020 г. - демонстрируют наноустройство , которое может действовать как тепловой двигатель или холодильник за счет использования квантовых эффектов. RIKEN Инженеры лаборатории передовых устройств [16]
См. также [ править ]
Связанные сроки:
- Хронология развития ракет и ракетных технологий . Ракеты можно рассматривать как тепловые двигатели. Тепло их выхлопных газов преобразуется в механическую энергию.
- История термодинамики
- История двигателя внутреннего сгорания
- Хронология развития двигателей и двигателей
- Хронология паровой энергетики
- Хронология технологии измерения температуры и давления
Хронологию всех человеческих технологий см.:
Ссылки [ править ]
Цитаты [ править ]
- ^ Хеллеманс, Александр; и др. (1991). «Расписания науки: хронология самых важных людей и событий в истории науки»». Нью-Йорк: Touchstone/Simon & Schuster, Inc., 1991.
- ^ Герой (1851 г.) [перепечатка оригинала I века н. э.], «Раздел 50 – Паровой двигатель» . Перевод с греческого оригинала Беннета Вудкрофта (профессора машиностроения Университетского колледжа Лондона) .
- ^ Нидхэм, Джозеф (1986), Наука и цивилизация в Китае , V:7: Пороховая эпопея , Cambridge University Press, ISBN 0-521-30358-3
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Рид, Хьюго (1838). Паровая машина: популярное описание конструкции и действия этой машины; с очерком его истории и законов тепла и пневматики . Эдинбург: Уильям Тейт. п. 74 .
- ^ Терстон, Роберт Генри (1996). История развития парового двигателя (переиздание). Элиброн. п. 12. ISBN 1-4021-6205-7 .
- ^ Хасан, Ахмад Ю. «Таки ад-Дин и первая паровая турбина» . История науки и техники в исламе . Архивировано из оригинала 18 февраля 2008 г. Проверено 29 марта 2008 г.
- ^ Ларднер, Дионисий (1840). Объяснение и иллюстрация паровой машины . Тейлор и Уолтон. п. 22 . Полное название: Новый том Le Machine, обладающий огромным искусством создания чудесных эффектов, как духовных, так и животных, обогащенный прекрасными фигурами. Г-н Джованни Бранко, римский гражданин. В Риме, 1629 г.
- ^ Р. Бойль, Защита доктрины, касающейся весны и тяжести воздуха ,… (Лондон: Томас Робинсон, 1662). Доступно в режиме онлайн по адресу: La Biblioteca Virtual de Patrimonio Bibliográfico Испании. Бойль представляет свой закон в «Главе V. Два новых эксперимента, касающихся меры силы сжатой и расширенной пружины воздуха», стр. 57–68. На стр. 59, Бойль заключает, что «…тот же воздух, будучи доведен до степени плотности примерно вдвое большей, чем прежде, приобретает пружину вдвое более сильную, чем раньше». То есть увеличение плотности воздуха в два раза увеличивает его давление в два раза. Поскольку плотность воздуха пропорциональна его давлению, то для фиксированного количества воздуха произведение его давления на его объем постоянно. На странице 60 он приводит свои данные о сжатии воздуха: «Таблица конденсации воздуха». В легенде (стр. 60), сопровождающей таблицу, говорится: «E. Каким должно быть давление согласно гипотезе , которая предполагает, что давление и расширение находятся во взаимной зависимости». На стр. 64 Бойль приводит свои данные о расширении воздуха: «Таблица разрежения воздуха». https://bvpb.mcu.es/en/consulta/registro.cmd?id=406806
- ^ Век изобретений, написанный в 1655 году; Эдвард Сомерсет, маркиз Вустер. Является дословным переизданием первого издания, опубликованного в 1663 году. Архивировано 21 февраля 2006 года в Wayback Machine архиве https://web.archive.org/web/20060221151830/http://www.history.rochester.edu/steam/ . кинжалы/
- ^ «История автомобилей – газовых двигателей» . О сайте.com . 11 сентября 2009 г. Архивировано из оригинала 11 июля 2012 года . Проверено 19 октября 2009 г.
- ^ The Griffin Engineering Company, Бат, Сомерсет. Архивировано 13 мая 2007 г. в Университете Wayback Machine в Бате, 15 декабря 2004 г. По состоянию на май 2011 г.
- ^ Расор, Н.С. (1983). «Термоэлектронный преобразователь энергии». В Чанге, Шелдон С.Л. (ред.). Справочник по основам электротехники и вычислительной техники . Том. II. Нью-Йорк: Уайли. п. 668. ISBN 0-471-86213-4 .
- ^ Сёичи Тоябе; Такахиро Сагава; Масахито Уэда; Эйро Мунеюки; Масаки Сано (29 сентября 2010 г.). «Информационная тепловая машина: преобразование информации в энергию посредством управления с обратной связью». Физика природы. 6 (12): 988–992. arXiv : 1009.5287 . Бибкод : 2011НатФ...6..988Т . дои : 10.1038/nphys1821 . Мы продемонстрировали, что свободная энергия получается путем управления с обратной связью с использованием информации о системе; информация преобразуется в свободную энергию, что является первой реализацией демона Максвелла типа Сциларда.
- ^ Университет штата Мичиган: Двигатель с волновым диском, Министерство энергетики США, Агентство перспективных исследовательских проектов, март 2011 г.
- ^ «Экспериментальная демонстрация спинового квантового теплового двигателя» . физ.орг . Проверено 01 января 2020 г.
- ^ «Новое квантовое наноустройство может одновременно действовать как тепловая машина и холодильник» . физ.орг . Проверено 29 декабря 2020 г.
Источники [ править ]
- Рост паровой машины Роберт Х. Терстон, AM, CE, Нью-Йорк: Д. Эпплтон и компания, 1878.
- Тепловая инженерия в энергосистемах. Рёити Амано, Бенгт Сунден, стр. 40, глава «Краткая история преобразования энергии». Том 22 серии «Развития в области теплопередачи», Международная серия по разработкам в области теплопередачи, т. 22, WIT Press, 2008. ISBN 1-84564-062-4 ; ISBN 978-1-84564-062-0 .