eolipil
Aeolipile , aeolipyle lub eolipile , z greckiego „αιολουπυλη”, znany również jako silnik bohatera , to prosta, bezłopatkowa promieniowa turbina parowa , która obraca się, gdy centralny zbiornik wody jest podgrzewany. Moment obrotowy jest wytwarzany przez strumienie pary wychodzące z turbiny. Grecko -egipski matematyk i inżynier Hero z Aleksandrii opisał to urządzenie w I wieku n.e., a wiele źródeł przypisuje mu jego wynalezienie. Jednak Witruwiusz jako pierwszy opisał to urządzenie w swoim De architectura (ok. 30–20 p.n.e.).
Uważa się, że aeolipile jest pierwszym zarejestrowanym silnikiem parowym lub reakcyjną turbiną parową , ale nie jest ani praktycznym źródłem energii, ani bezpośrednim poprzednikiem typu silnika parowego wynalezionego podczas rewolucji przemysłowej .
Nazwa – wywodząca się z greckiego słowa Αἴολος i łacińskiego słowa pila – tłumaczy się jako „kula Aeola ”, przy czym Aeolus jest greckim bogiem powietrza i wiatru.
Fizyka
Aeolipile zwykle składa się z kulistego lub cylindrycznego naczynia z przeciwnie wygiętymi lub zakrzywionymi dyszami wystającymi na zewnątrz. Jest przeznaczony do obracania się wokół własnej osi. Gdy naczynie jest pod ciśnieniem z parą, gaz jest wyrzucany z dysz, co generuje ciąg na rakiety w wyniku 2. i 3. prawa ruchu Newtona . Kiedy dysze, skierowane w różnych kierunkach, wytwarzają siły wzdłuż różnych linii działania prostopadłych do osi łożysk , pchnięcia łączą się, tworząc moment obrotowy ( sprzęg mechaniczny ) lub moment obrotowy , powodujący obrót naczynia wokół własnej osi. Opór aerodynamiczny i siły tarcia w łożyskach narastają szybko wraz ze wzrostem prędkości obrotowej ( rpm ) i pochłaniają moment przyspieszający, ostatecznie go znosząc i osiągając stałą prędkość.
Zazwyczaj, jak opisał urządzenie Hero, woda jest podgrzewana w prostym bojlerze , który stanowi część stojaka na obracające się naczynie. W takim przypadku kocioł jest połączony z komorą obrotową za pomocą pary rur, które służą również jako czopy komory . Alternatywnie, komora wirująca może sama służyć jako kocioł, a ten układ znacznie upraszcza układy obrotowe/łożyskowe, ponieważ wtedy nie muszą przepuszczać pary. Można to zobaczyć na ilustracji modelu klasy pokazanej tutaj.
Historia
.jpg)
Zarówno Hero, jak i Witruwiusz czerpią ze znacznie wcześniejszych prac Ktesibiusza (285–222 p.n.e.), znanego również jako Ktēsíbios lub Tesibius, który był wynalazcą i matematykiem w Aleksandrii w Egipcie Ptolemeuszy . Napisał pierwsze traktaty dotyczące nauki o sprężonym powietrzu i jego zastosowaniach w pompach.
Opis Witruwiusza
Witruwiusz (ok. 80 p.n.e. – ok. 15 p.n.e.) wymienia aeolipiles z nazwy:
Aeolipilae to wydrążone mosiężne naczynia, które mają otwór lub ujście o niewielkich rozmiarach, za pomocą których można je napełnić wodą. Przed podgrzewaniem wody nad ogniem, ale emitowany jest niewielki wiatr. Jednak gdy tylko woda zaczyna się gotować, pojawia się gwałtowny wiatr.
Opis bohatera
Bohater (ok. 10–70 n.e.) przyjmuje bardziej praktyczne podejście, udzielając instrukcji, jak to zrobić:
Nr 50. Silnik parowy. UMIEŚĆ kocioł nad ogniem: kula będzie się obracać na osi. Ogień rozpala się pod kociołkiem AB (ryc. 50), zawierającym wodę i przykrytym u wylotu pokrywką CD; z tym łączy się wygięta rurka EFG, koniec rurki jest wpasowany w wydrążoną kulę, H K. Naprzeciw końca G umieść czop, LM, spoczywający na pokrywie CD; i niech kula zawiera dwie wygięte rury, łączące się z nią na przeciwległych końcach średnicy i wygięte w przeciwnych kierunkach, przy czym wygięcia są pod kątem prostym i w poprzek linii FG, LM. Gdy kocioł się nagrzeje, zostanie znaleziony że para wchodząca do kuli przez EFG przechodzi przez wygięte rurki w kierunku pokrywy i wprawia piłkę w ruch obrotowy, jak w przypadku tańczących postaci.
Praktyczne zastosowanie
Nie wiadomo, czy aeolipile miało jakiekolwiek praktyczne zastosowanie w starożytności i czy było postrzegane jako pragmatyczne urządzenie, kapryśna nowość, przedmiot czci, czy coś innego. Źródło określiło to jako zwykłą ciekawostkę starożytnych Greków lub „imprezową sztuczkę”. Rysunek Hero przedstawia samodzielne urządzenie i prawdopodobnie miał służyć jako „cud świątynny”, podobnie jak wiele innych urządzeń opisanych w Pneumatica . [ wymagane wyjaśnienie ]
Z drugiej strony Witruwiusz wspomina o wykorzystaniu eolipilu do demonstrowania fizycznych właściwości pogody. Opisuje je jako:
bezczelne æolipylæ, które wyraźnie pokazują, że uważne badanie ludzkich wynalazków często prowadzi do znajomości ogólnych praw natury.
Po opisaniu budowy urządzenia (patrz wyżej) konkluduje:
W ten sposób prosty eksperyment pozwala nam ustalić i określić przyczyny i skutki wielkich działań niebios i wiatrów.
W 1543 roku Blasco de Garay , naukowiec i kapitan hiszpańskiej marynarki wojennej, rzekomo zademonstrował przed Świętym Cesarzem Rzymskim Karolem V i komitetem wysokich urzędników wynalazek, który, jak twierdził, mógłby napędzać duże statki przy braku wiatru za pomocą urządzenia składającego się z miedzianego kotła i ruchomych kół po obu stronach statku. Relacja ta została zachowana w hiszpańskich archiwach królewskich w Simancas . Proponuje się, aby de Garay użył eolipilu Hero i połączył go z technologią stosowaną w rzymskich łodziach i późnośredniowiecznych galerach. Tutaj wynalazek de Garaya wprowadził innowację, w której eolipil miał praktyczne zastosowanie, polegające na generowaniu ruchu kół łopatkowych, demonstrując wykonalność łodzi napędzanych parą. Twierdzenie to zostało odrzucone przez władze hiszpańskie.
Zobacz też
Dalsza lektura
- Maloney, Dan (6 października 2020). „Tworzenie nowoczesnej wersji silnika parowego od starożytności” . hackaday . Źródło 6 października 2020 r .