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 , определяющий 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 водяной насос с паровым приводом 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 за счет 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 194047 ).
- 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 однородным зарядом и воспламенением от сжатия, работающего на жидком топливе , аналогичного более позднему дизелю, но с более низкой степенью сжатия и работающего на топливно-воздушной смеси.
- 1887 - 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 создает 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. Гоглер 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 разрабатывает криокулер Стирлинга с циклом 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, включая использование с солнечными источниками тепла , источниками тепла сжигания , радиоизотопами и ядерными реакторами . [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. с Беспоршневой роторный двигатель 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 другие. (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
- ^ 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 в два раза 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 .