Rambler's Top100 Service
Поиск   
 
Обратите внимание!   Посетите Сервер по Физике Обратите внимание!
 
  Наука >> Физика >> Общие вопросы >> Биографии физиков | Научные статьи
 Написать комментарий  Добавить новое сообщение
 См. также

Популярные статьиКонцепция естественной теологии в биологических работах Джона Рея : (1)

Размышления о движущей силе огня и о машинах, способных развивать эту силу

Сади Карно
Опубликовано в 1824 г.
Содержание

Размышления о движущей силе огня и о машинах, способных развивать эту силу

Никто не сомневается, что теплота может быть причиной движения, что она даже обладает большой двигательной силой: паровые машины, ныне столь распространенные, являются этому очевидным доказательством.
Теплоте должны быть приписаны те колоссальные движения, которые поражают наш взгляд на земной поверхности; она вызывает движения атмосферы, поднятие облаков, падение дождя и других осадков, заставляет течь потоки воды на поверхности земного шара, незначительную часть которых человек сумел применить в свою пользу; наконец землятрясения и вулканические извержения также имеют причиной теплоту.
Из этих огромных резервуаров мы можем создавать движущую силу, нужную для наших потребностей; природа, повсюду предоставляя горючий материал, дала нам возможность всегда и везде получать теплоту и сопровождающую ее движущую силу. Развивать эту силу и приспособлять ее для наших нужд - такова цель тепловых машин.
Изучение этих машин чрезвычайно интересно, так как их значение весьма велико и их распространение растет с каждым днем. По-видимому, им суждено сделать большой переворот в цивилизованном мире. Тепловая машина уже обслуживает наши шахты, двигает наши корабли, углубляет гавани и реки, кует железо, обрабатывает дерево, мелет зерно, ткет и прядет наши ткани, переносит самые тяжелые грузы и т. д.
Со временем, должно быть, она станет универсальным двигателем, который получит преимущество над силой животных, падающей воды[1] и потоков воздуха. Перед первыми двигателями она имеет то преимущество, что экономнее их, перед двумя остальными - неоцененное преимущество, что может работать всегда и везде и никогда не прерывать своей работы.
Если когда-нибудь улучшения тепловой машины пойдут настолько далеко, что сделают, дешевой ее установку и использование, то она соединит в себе все желательные качества и будет играть в промышленности роль, всю величину которой трудно предвидеть, ибо она не только заменит имеющиеся теперь в употреблении двигатели удобным и мощным двигателем, который можно повсюду перенести и поставить, но и даст тем производствам, к которым будет применена, быстрое развитие и может даже создать новые производства.
Наибольшая услуга, оказанная тепловой машиной Англии, есть несомненно возрождение деятельности угольных копий, грозивших совсем заглохнуть вследствие все возрастающей трудности откачивать воду и подымать уголь.1 Во вторую очередь надо поставить услугу, оказанную производству железа как благодаря широкой замене дров углем как раз в тот момент, когда естественные запасы древесного топлива приходили к концу, так и благодаря машинам всякого рода, применение которых позволила или облегчила тепловая машина.
Железом и огнем, как известно, питаются и поддерживаются механические производства. В Англии, может быть, нет ни одного промышленного заведения, существование которого не было бы основано на употреблении этих двух агентов в их широком использовании. Отнять у Англии в настоящее время ее паровые машины - означало бы разом отнять у нее железо и уголь, отнять у нее все источники богатства, уничтожить все средства к процветанию, это означало бы уничтожить эту великую мощь. Уничтожение флота, который она считает своей главной опорой, было бы для нее менее гибельным.
Надежное плавание паровых кораблей можно рассматривать как совершенно новое искусство, обязанное тепловой машине. Тепловая машина позволила установить правильное и быстрое сообщение через морские проливы и по большим рекам Старого и Нового Света. Она позволила пройти через дикие страны, куда еще недавно можно было едва проникнуть, позволила принести плоды цивилизации в такие точки земного шара, где их иначе пришлось бы ждать еще долгие годы. Плавание с помощью тепловых машин сближает в некотором роде наиболее отдаленные нации. Паровая машина связывает народы земли, как если бы они все жили в одном и том же месте. В самом деле, уменьшить продолжительность, утомительность, ненадежность и опасности путешествий, разве это не значит уменьшить расстояние?2[2]
Тепловая машина, как и большинство человеческих изобретений, родилась из почти бесформенных попыток, приписываемых различным людям; истинный же автор остается неизвестен. Но не в этих попытках заключается существенная часть открытия, а в последовательных усовершенствованиях, которые привели тепловую машину в ее современный вид. Приблизительно такое же расстояние отделяет первый прибор, развивавший силу расширения пара, от современной машины, какое отделяет первый плот, построенный людьми, от многопалубного корабля.
Если честь открытия должна принадлежать той нации, в которой оно получило рост и развитие, то здесь, в этой чести, нельзя отказать Англии: Савери, Ньюкомен, Смитсон, знаменитый Уатт, Вульф, (Woolf), Треветик (Trevetick) и некоторые другие английские инженеры являются истинными создателями тепловой машины; в их руках она прошла через все последовательные ступени усовершенствования. Естественно, что изобретение появляется и особенно развивается там, где в нем имеется наибольшая потребность.
Несмотря на работы всякого рода, предпринятые относительно паровых машин, несмотря на удовлетворительное состояние, в которое они теперь приведены, их теория весьма мало подвинута и попытки их улучшить почти всегда руководились случаем.
Часто поднимали вопрос: ограничена или бесконечна движущая сила тепла3[3], существует ли определенная граница для возможных улучшений, граница, которую природа вещей мешает перешагнуть каким бы то ни было способом, - или, напротив, возможны безграничные улучшения? Также долгое, время искали и ищут теперь, не существует ли агентов, предпочтительных водяному пару, для развития движущей силы огня; не представляет ли, например, атмосферный воздух в этом отношении больших преимуществ. Мы ставим себе задачу подвергнуть здесь эти вопросы внимательному рассмотрению.
Явление получения движения из тепла не было рассмотрено с достаточно общей точки зрения. Его исследовали только в машинах, природа и образ действия которых не позволяли ему принять того полного развития, на которое оно способно. У подобных машин это явление сказывается в извращенном и неполном виде; поэтому трудно узнать его основы и изучить его законы.
Чтобы рассмотреть принцип получения движения из тепла во всей его полноте, надо его изучить независимо от какого-либо механизма, какого-либо определенного агента; надо провести рассуждения, приложимые не только к паровым машинам, но и ко всем мыслимым тепловым машинам4 каково бы ни было вещество, пущенное в дело, и каким бы образом на него ни производилось воздействие.
Машины, не получающие движения от тепла, а имеющие двигателем силу человека или животных, падение воды, поток воздуха и т. д., могут быть изучены до самых мелких деталей посредством теоретической механики. Все случаи предвидены, все возможные движения подведены под общие принципы, прочно установленные и приложимые при всех обстоятельствах. Это - характерное свойство полной теории. Подобная теория, очевидно, отсутствует для тепловых машин. Ее нельзя получить, пока законы физики не будут достаточно расширены и достаточно обобщены, чтобы наперед можно было предвидеть результаты определенного воздействия теплоты на любое тело.
Мы будем в последующем предполагать знание, хотя бы приблизительное, различных частей, составляющих обычную паровую машину.
Поэтому мы считаем излишним объяснять, что такое топка, паровой котел, паровой цилиндр, поршень, холодильник и т. д.
Получение движения в паровых машинах всегда сопровождается одним обстоятельством, на которое мы должны обратить внимание. Это обстоятельство есть восстановление равновесия теплорода[4], т. е. переход теплорода от тела, температура которого более или менее высока, к другому, где она ниже. В самом деле, что происходит в паровой машине, находящейся в движении? Теплород, полученный в топке благодаря горению, проходит через стенки котла, дает рождение пару и с ним как бы соединяется. Пар увлекает его с собой, несет сперва в цилиндр, где он выполняет некоторую службу, и оттуда в холодильник, где, соприкасаясь с холодной водой, пар сжижается. Холодная вода холодильника поглощает в конечном счете теплород, полученный сгоранием. Она согревается действием пара, как если бы была поставлена непосредственно на топку. Пар здесь только средство переноса теплорода; он выполняет ту же роль, что и при отоплении бань паром, с той только разницей, что здесь его движение становится полезным.
В процессах, которые мы описали, легко узнать восстановление равновесия теплорода, его переход от тела более или менее нагретого к телу более холодному. Первое из этих тел - сожженный в топки воздух, второе - вода холодильника. Восстановление равновесия теплорода происходит между ними, если не полностью, то, во всяком случае, отчасти, так как, с одной стороны, сожженный воздух, выполнив свою роль, побыв в соприкосновении с котлом, уйдет в трубу с температурой более низкой, чем та, которую он получил при сгорании, и, с другой - вода холодильника, ожижив пар, удалится из машины с температурой более высокой, чем она имела первоначально.

1Можно утверждать, что в Англии, со времени изобретения тепловых машин, добыча угля удесятерилась. Приблизительно то же имеет место относительно добычи меди, олова и железа. Действие, которое тепловая машина произвела полвека тому назад на копи Англии, ныне повторяется на серебряных и золотых рудниках Нового Света, - рудниках, которые сокращались изо дня в день главным образом, благодаря неудовлетворительному действию машин, откачивающих воду и поднимавших руду.
2Мы говорим, уменьшить опасности путешествий: в самом деле, если употребление тепловых машин на корабле и представляет некоторые опасности, впрочем весьма преувеличиваемые, то они с избытком искупаются возможностью всегда держаться на посещаемом и хорошо известном пути и противостоять усилиям ветра, когда он несет корабль на берег, мель или рифы.
3Мы употребляем здесь выражение "движущая сила", чтобы обозначить полезное действие, которое может дать двигатель. Это действие всегда возможно свести к поднятию груза на определенную высоту; оно имеет, как известно, измерением произведение из груза на высоту, на которую груз поднят.
4Мы различаем здесь паровые машины и тепловые машины вообще: последние могут употреблять любой агент, например водяной пар или что-нибудь другое, для развития движущей силы.

Назад | Вперед


Написать комментарий
 Copyright © 2000-2015, РОО "Мир Науки и Культуры". ISSN 1684-9876 Rambler's Top100 Яндекс цитирования