Второе начало термодинамики Сади Карно, В.Томпсон, Р. Клаузиус, Д. Больцман, М. Смолуховский (1013602), страница 15
Текст из файла (страница 15)
В самом деле, движение поршня, равное по амплитуде, имело бы место при большем давлении, хотя и йеременном, хотя и непрерывно уменьшающемся. превосходимого,также первый употребил пар при непрерывно уееличииаюи1емся объеме. Во многих случаях он прекращал впуск пара и пялиндр на полоеине, трети, четверти всего хода поршня, дальнейшее движение поршня проиееодшшсь при исе убывающем даелепии. Перине мешины, работающие согласно этому принципу, относятся к 1778 г. Уатт пришел к этой идее в 1769 г. и е 1782 г. неял я атаке.
Приводим таблицу, юомещенную я патенте Уатта. Он предположил, что пар вводится н цилиндр е первую четверть движения поршня, и вычислил среднее даелепне, равенн движение на двадцать частей [ыр Часть, пройденная коршпем от края цилиндра 'Убывающее давление пара, считая полное давление аа 1 0,05 1 О,1О 1 О'15 Пар свободно пыхо- 1 Полное даеление О'20 дит ие котла 1 Четверть — 0,25 1 О,8ЗО 0,30 Пар еаперт, умень шение давления происходит только от раережения Сумма 11,583 Среднее давление — ' = 0,579. ЗО 0,35 О,4О 0,45 Половика — 0,50 0,55 О,еа 0,65 0,70 0,75 0,80 0,85 0,90 0,95 Дно цилиядра — 1,оо 1 0,714 0,625 0,555 О,ЗОΠ— Половина переоиа- 0,454 чального даиления 04Ш 0,385 0,375 о,ззз — Трееь 0,312 о,294 0,277 0,262 0,250 — Четиерть 11,583 сади кьгно Пар же для своего образования потребовал почти равное колнчес во теплорода; только теплород был взят при более высокой температуре.
После рассуждений этого рода стали делать машины с двумя пнлиндрами, изобретенные Горнбловером (НогпЫочгег) и улучшенные Вульфом; они считаются наиболее выгодными в смысле экономии топлива. Эти машины состоятиз небольшого цилиндра, наполняющегося при каждом такте более или менее полно паром (иногда целиком), и из второгэ цилиндра, обычно по объему в 4 раза большего, чем первый, и получающего пар, только уже проработавший в первом цилиндре. Таким образом в конце рас боты пар, по крайней мере, учетверяет объем. Из второго цилиндра он непосредственно направляется в холодильник, но, понятно, его можно было бы впустить в третий цилиндр, вчетверо больший второго, где его Объем стал бы в 16 раз больше первоначального.
Главные препятствия, мешающие употреблению третьего цилиндра, это — объем, который ему сл:- довало бы придать, и большие отверстия, которые нужно было бы сделать для прохождения. пара *. Мы более не будем говорить на эту тему; вхеРвс. б. Днтъ В ДЕтаЛИ КОНСТРУКЦИИ ТЕПЛОВЫХ МаШИН НЕ Наива Иэ таблицы он ваметил, что среднее давление больше половины яервовачальпого, и повтому при употреблении количества пара в одну четверть помучается действие большее, чем половина.
Уатт предполагал, что пар при расширении подчиняется еакоиу Марвошя; это яе следовало бы считать точным: во-первых, упругая жидкость, расширяясь, охлаждается; во-вторых, ничто не докааывает, что часть этой, жидкости не конденсируется благодаря раси(ирепию. Также Уатт должен был бы учесть силу, нужную для удаления пара, остающегося после конденснроваиия в остающегося в тем большем количестве, чем дальше шло раарежение. Доктор Робинаои (КоЫпэоп] прибавил к работе Уатта простую формулу для вычисления деэствия расширения пара, но эта формула также страдает укаэанными недостатками. Она все же полеана конструкторам, давая им прмближепное вначение, прмгодное для практики.
Мы сочли полеавым сообщить эги факты, так как опи мало мввествы, особенно во Франшги. Здесь строят машины по поделки ивобретателей, обращая мало внимания на то, какие мотивы руководили последними. Забывание основ часто вводило в грубые ошибки. Первоначально хорошо вадумапиая пашина портится в руках неопытных строителей, вводящих в нее иеаначвтельвые улучшения, но пренебрегающих основными условиями, которые они иэ сумелм оцепить. э Выгоду двух цвлипдров перед одним легко эаметить. В одном цвлкндре импульс поршня был бы весьма раэличен в начале и в конце двюкения. Пршилось бы все части, преднаэначенные для передачи движения, сделать достаточно прочными, чтобы выдержать начальный импульс, и хорошо пригнать их друг к другу, чтобы онн противостояли реэким двюкениям, которым будут подвергнуты; иначе они скоро разрушатся.
Именно, коромысла, подшипники, кривошип, шатун и первые вубчатые колеса наиболее будут чувствовать неодинаковость импульса. Кроме того, цилиндр должен быть достаточно крепквм, чтобы выдержать яанболее высокое давление, и достаточно большого объема, чтобы умеша1ь пар после его расширения. Употребляя жэ два послеэующвх цилиндра, первый необходимо сделать крепким ври малых раэмэвэх, чвв лагка, а втэреа— больных размеров беэ есобэа вречиээпю. Размьгшлиивя о движущий сзлв Огня цель: этн детали могут составить целую книгу, посвященную им йиэцивльио, но такая книга пока не существует, по крайней иере, во Фракции *. Исли расширение пара ограничивается, главным образом, раикерами сосуда, где он должен разрежаться, то степень плотности, ири которой его можно первоначально употреблять, ограничивается лшнь прочностью сосуда, где пар образуется, т.
е. прочностью котла. В этом отношении мы еще далеки от желаемого; устройство обычно употребляемых котлов весьма плохо, давление пара в них редко превьппает 4 или 6 аш, все же они часто взрываются и причиняют значительные несчастья. Без сомнения, можно избежать подобных несчастий и в те же время доводи~э пары до давлений, значительно превьппающих обычные. Кроме машин высокого давления с двумя цилиндрами, о которых мы говорили, существуют еще машины высокого давления с одним цилиндром.
Большинство этих машин было построено двумя искусными английскими инженерами: треветиком и Вивианом. Этн мапшны употребляют пар при очень высоком давлении, иногда в 8 — 10 явь, но они без холодильников. Пар, после введения его в цнлицдр, испытывает там значительное увеличение объема, но все же сохраняет давление больше атмосферного. Выполнив свою роль, он выбрасывмтся в атмосферу. Этот способ равносилен, в смысле полученной движущей силы, шгособу,. при котором конденсация паров производится при 100', очевидно, при нем теряется часть полезного действия, но указанные машины выгадывают на отсутствии холодйльника и воздушного насоса. Они дешевле других, менее сложны, занимают меньше места, могут употребляться в местах, где нельзя располагать потоком холодной воды, достаточнык для конденсации.
В таких условиях они имеют неоцененное преимущество — их нельзя заменить другими. Эти машины употребляются, главным образом,' в Англии для передвижекки вагонеток для перевозки угля по рельсам как внутри шахт, так и под открмтым небом [аг]. Нам остается рассмотреть употребление постоянных газов и варов, швых, чем водяной, для развития движущей силы тепла. Несколько раз пытались заставить теплоту воздействовать иа атмосферный воздух для развития движущей силы. Этот газ представляет по отношению к водяному нару следующие преимущества и неудобства: Маишпы с двумя цивиндрани, хотя и основаны на довоиьво хороших правцвшахч часш не дают ожидаемых от ннх результатов: ярнчпна аашпочается, гнавнйм образом, в трудности хорошо подобрать раакеры отдевьвых частай машины, п поетому они редко находятся в хорошем соотношении. Нвт хоршпих моделей двя постройки машин с двумя цмвмндрами, в то время как существуют етвкчиые модеви дпя постройка машин системы Уатта.
Отсюда проистекает равница в полеанок действии машин одного рода и ночам ионная одинаковость в действвп манин другоге рода [м]. ° В труде Йбгоп бв Чще6ше вод еегвавием «Ое ш Рпсьеие шшбгаше (т. 3, р, бв Щ кожно найти хорошее описание паровых машин, выме унотребияемьгх ирв рааработгм пеней. В явгввв паровые мапшны дововыш воино списаны а Врмшнгмой авцикиояедив.
Некоторые иа дшппех, которыми мы едееь поиьеуеммг, вемгы не ятей шнп'в. 58 САДП КАРНО 1. Он представляет по отношению к водяному пару важное препмущество, так как имеет прн том же объеме значительно меныпую емкость к теплу, а потому должен больше охлаждаться при одинаковых увеличениях объема (это доказывается сказанным вьппе). Было же показано, как важно изменением объема достичь наибольшего изменения температуры. 2. Водяной пар может быть образован только в котле, в то время как атмосферный воздух можно нагревать непосредственным сгоранием, происходящим в нем. Этим была бы избегнута не только большая потеря в количестве тепла, но и в его термометрических градусах.
Преимущество принадлежит единственно атмосферному воздуху; другие газы им не обладают; нагреть их дзиге труднее, чем водяной пар. 3. Чтобы дать воздуху возможность сильно расшириться и раслп~рением вызвать большое изменение температуры, надо взять его сперва прн достаточно высоком давлении: его следовало бы сжать пневматическимнасосом или каким-либо другим средством раньше, чем нагревать. Это потребует особого прибора, не существующего в паровых машинах. В последних вода при подаче в котел находится в жидком состоянии, и для подачи не требуется ничего, кроме небольшого питательного насоса. 4. Охлаждение пара при прикосновении с холодным телом происходит гораздо скорее и проще, чем охлаждение воздуха. Можно было бы выпускать воздух в атмосферу; это имеет то преимущество, что тогда охлаждающее тело излишне, а его не везде можно иметь.
Но в этом случае расширение нельзя вести далеко: давление воздуха должно оставаться больше атмосферного. 5. Один из наибольших недостатков пара — это невозможность брать его при высокой температуре без употребления исключительно крепких сосудов. Не так для воздуха; для последнего не существует определенного соотношения между температурой и упругой силой. Воздух представляется более пригодным, чем пар, для использования движущей силы падения теплорода при высоких градусах; при низких градусах водяной пар может быть более подходящ. Одно и то же тепло может последовательно воздействовать на воздух и на водяной пар. Воздух надо оставить после его употребления при достаточно высокой температуре и вместо непосредственного выбрасывания в атмосферу заставить обойти около парового котла, как если бы он непосредственно исходил из топки.
Употребление атмосферного воздуха для развития движущей силы тепла на практике представит огромные трудности, но, может быть, не непреодолимые; если их удастся победить, то воздух обнаружит большие преимущества перед водяным паром *. ° Среди попыток развивать движушую силу огня посредством атмосферного воздуха следует отметить попытку Ниепсов, сделанную ими несколько лет назац во Франции; изобретатели наавали свой аппарат еругао!орьоге». Вот, примерно, его устройство: атмосферный воадух наполнял при обычной плотности цилиндр с поршнем.
Кроме того, туда вводился очень горючий матермал в виде мелкого порошка, который несколько времени оставался в воздухе завешенным; наконец туда вводился огонь. Воспламенение производит почти такой ше аффект, как если бы внутри цилиндра находилась смесь воздуха и горючего газа, РАЗМЫШЛИНИЯ О ДВИЖУЩИЙ ОИЛЕ ОГНЯ Что касается других постоянных газов, то они должны быть совсем отброшены: онн имеют все недостатки атмосферного воздуха, не обладая ни одним из его преимуществ. То же можно сказать о парах других жидкостей по отношению к водяному пару.
Если бы нашлось в большом количестве жидкое тело, испаряющееся прн более высокой температуре, чем вода, — тело, пар которого при том же объеме имел бы меньшую теплоемкость, не действовал бы на металлы, идущие на постройку машины, то оно заслуживало бы предпочтения; но природа не дает нэм подобного тела. Несколько раз предлагали употреблять пары алкоголя и даже строили для этой цели машины, избегая смешивания пара с конденсирующей водой, т. е. подводя холодное тело снаружи, а не вводя его в машину. Думали, что пары алкоголя имеют большое преимущество, так как онн обладают большей упругостью, чем пары воды при равных температурах. Мы же можем в этом видеть только новое препятствие.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
