ماشین بخار و موتور بخار چیست؟ تاریخچه پیدایش و اختراع ماشین بخار توسط جیمز وات

جیمز وات مخترع ماشین بخار

جیمز وات در ۱۹ ژانویه‌ی۱۷۳۶ در گریناک، بندری در منطقه‌ی خور کلاید اسکاتلند به‌دنیا آمد. پدر او کشتی‌ساز و از مقام‌های دولتی منطقه بود. اگنس مورهد، مادر جیمز، اهل خانواده‌ای شناخته‌شده در اسکاتلند بود و تحصیلات عالی داشت. پدربزرگ وات، توماس وات، معلم ریاضیات و نماینده‌ی بارون کارتسبرن بود. جیمز وات برای تحصیلات ابتدایی به مدرسه نرفت و عموما زیرنظر مادرش آمورش می‌دید.

او پس از چند سال، به مدرسه‌ی گرامر گریناک رفت. جیمز در سال‌های اولیه‌ی تحصیل، مهارت‌های کار با ابزارآلات مهندسی را کسب کرد و به ریاضیات بسیار علاقه‌مند شد. درمقابل، او علاقه‌ای به دروس زبان‌های یونانی و لاتین نداشت. به‌علاوه، وات در سال‌های کودکی زیاد مریض می‌شد و مشکلات متعددی داشت.

اولین ماشین بخار: ساخت و اختراع ابزارهای اندازه گیری

وقتی جیمز ۱۸ ساله بود، مادرش از دنیا رفت و وضعیت سلامت پدرش نیز وخیم بود. او برای یادگیری طراحی و ساخت ابزارآلات یک سال به لندن رفت. جیمز پس از اتمام دوره‌ی آموزشی به اسکاتلند بازگشت و در شهر تجاری آن سال‌ها، یعنی گلاسکو، کسب‌وکار خودش در آن صنعت را شروع کرد.

طراحی و ساخت و تعمیر انواع ابزارهای اندازه‌گیری همچون فشارسنج، اکتنت، ترازو و حتی قطعاتی برای ساخت تلسکوپ، زمینه‌های کاری جیمز در آن سال‌ها بودند که در نهایت به ساخت ماشین بخار منجر شد.

کسب و کار ماشین بخار جیمز وات

سازمان‌های قانون‌گذار قرن هجدهم اسکاتلند، پس از مدتی کسب‌وکار تولید ماشین بخار جیمز وات را به‌تعطیلی کشاندند. دلیل اصلی آن بود که جیمز حداقل زمان موردنیاز برای کارآموزی، یعنی ۷ سال را پیش از تأسیس کارگاه اختصاصی نگذرانده بود. در آن زمان، هیچ کارگاه ساخت ابزارآلات ریاضی دیگری در اسکاتلند نبود؛

اما بازهم قانون‌گذاران اجازه‌ی ادامه‌ی فعالیت را به جیمز ندادند. تجربه‌ ی جیمز در طراحی و ساخت ابزارآلات مختلف، او را به فکر تأسیس کسب‌وکار اختصاصی در حوزه ساخت ماشین بخار با استفاده از دیگ بخار یا همان بویلر صنعتی بخار انداخت. جان کریگ تاجر و معماری بود که اولین شریک وات در شرکت جدید شد.

آن‌ها ساخت و فروش محصولات متنوعی همچون ابزارآلات موسیقی و اسباب‌ بازی را در دستورکار خود قرار دادند. همکاری آن‌ها ۶ سال ادامه پیدا کرد و تعداد کارگرانشان به ۱۶ نفر رسید. کریگ در سال ۱۷۶۵، از دنیا رفت و یکی از کارگران کارگاه، یعنی الکس گاردنر، مدیریت آن را برعهده گرفت. آن شرکت تا قرن بیستم به فعالیتش ادامه داد

مخترع ماشین بخار برای خطوط راه آهن

ر تاریخ 21 فوریه 1804، موتور ابتکاری تروینیک، 10 تن آهن و 70 نفر را نزدیک به 10 مایل از پنیادارن با سرعت پنج مایل بر ساعت حمل کرد. او بیست سال جلوتر از زمان خود بود.طرح «راکت» استفنسون هنوز روی تخته ترسیم هم نیامده بود، اما موتور تروینیک چیزی بیش از یک نوآوری در نظر گرفته شد.

او قبل از آنکه در سن 62 سالگی در فقر فوت کند، در معادن آمریکای جنوبی مهندس معدن بود. اما ایده ماشین بخار او توسط دیگران توسعه پیدا کرد و تا سال 1845، یک شبکه عنکبوتی از 2449 مایل خط‌آهن افتتاح شد و تنها در بریتانیا 30 میلیون مسافر جا‌به‌جا شدند.

با عرضه سکه‌های ۲ پوندی توسط رویال مینت در سال ۲۰۰۴، نام و اختراع تروینیک روی این سکه‌ها ضرب و توسط ملکه الیزابت دوم تایید شد و او آن‌گونه که شایسته آن بود توسط عموم شناخته شد.

محل اختراع راه‌آهن کجا بود؟ راه آهن را چه کسی اختراع کرد؟

شاید به این دلیل که بریتانیا محل اختراع ماشین بخار بوده بهمین دلیل نیز محل تولد و اختراع راه‌آهن نیز است، این کشور توانسته است بیش از هر کشور دیگری در هر مایل مربع راه‌آهن بسازد.

این ارقام انسان را تحت تاثیر قرار می‌دهند: بیش از 100 میراث ریلی و 60 مرکز موزه بخار میزبان 700 موتور قابل استفاده‌ای هستند که توسط 23 هزار داوطلب مشتاق به حرکت درمی‌آیند و به همه این فرصت را می‌دهند که با سوار شدن به این ترن‌های محافظت شده، زمان گذشته را تجربه کنند. شرایط محیطی مثل ایستگاه‌ها، اتاق‌های کنترل و واگن‌ها، نیز به خوبی محافظت شده‌اند و به ویژه مورد علاقه شرکت‌های فیلم‌سازی قرار دارند.

قدیمی ترین خط راه آهن در جهان کجاست؟

ولز به دلیل استفاده از ماشین بخار و دارا بودن شبکه ترن‌های کوچک فوق‌العاده، شایسته توجه ویژه ای است. این خطوط‌ آهن که فاصله بین ریل‌های آن بسیار کم است، همچنان فعال هستند.

این راه‌آهن در اصل برای حمل تخته سنگ و دیگر مواد معدنی از کوه‌ها ساخته شده بود، اما اکنون روش هیجان‌انگیزی است که بازدیدکنندگان می‌توانند به وسیله آن از مناظر اطراف دیدن کنند. این شبکه دارای هشت خط‌آهن است که خط‌آهن فستینیوگ قدیمی‌ترین این نوع خط‌آهن در جهان است.همچنین موزه‌های راه‌آهن ولز در حد خود تاریخی هستند.

موزه «بخار» در سوئیندون در کارگاه‌های گریت وسترن ریل‌وی، ساخته شده است. گریت وسترن ریل‌وی برای طرفداران راه‌آهن افسانه‌ایی است. مرکز راه‌آهن گریت وسترن ریل‌وی در دیکات، عصر طلایی خود را بازسازی کرده است. بخشی از موزه علوم و صنعت منچستر در قدیمی‌ترین ایستگاه مسافری جهان واقع شده است و موزه «تینک‌تنک» در بیرمنگام قدیمی‌ترین موتور بخار فعال جهان را در اختیار دارد. این موتور توسط جیمز وات در سال ۱۷۷۸ طراحی شده است. با این وجود شمال شرق انگلستان به‌عنوان محل تولد راه‌آهن شناخته شده است.

ساخت ماشین بخار و تأثیر آن در پیدایش راه آهن

پنج سال بعد راه‏ آهنی میان لیور پول و منچستر کشیده شد و برای بهترین لکوموتیو 500 لیره جائزه تعیین گردید. استیوسن آتش‏خانه ‏ای دارای سرعت 18 کیلومتر در ساعت‏ ساخت و جائزه را برد.رفته‏ رفته ماشین بخار شهرت و عمومیت پیدا کرد و بهترین وسیله باربری‏ و مسافرت شناخته شد و موسساتی چند شروع بکشیدن راه‏آهن نمودند و استیونسن مشغول ساختن‏ و تکمیل آتش‏خانه بود و شهرت و ثروت فراوان یافت و بسال 1848 درگذشت.

رفته‏ رفته صاحبان وسائل نقلیه نیز در فرانسه و انگلستان از قوه ماشین بخار استفاده کرده و گاری های آتشی در جاده ‏ها به راه انداختند و این پیشرفت باعث زیان و عدم رضایت صاحبان اسب‏ و هم‏چنین بنگاههای راه ‏آهن شد و در سال 1836 قانونی از مجلس انگلستان گذشت که بموجب‏ آن می بایست پیشاپیش گاریهای آتشی یک نفر با بیرق سرخ حرکت کند تا خطری متوجه مردم‏ نشود در نتیجه سرعت سیر گاری آتشی بمیزان حرکت شخص پیاده تقلیل یافت و خودبه خود این‏ وسیله نقلیه از کار افتاد.

ساخت موتور بنزینی بجای موتور بخار و ماشین بخار

اما دانشمندان کوشیدند تا در چندین کشور موفق بساختن موتور شدند که بوسیله‏ احتراق بنزین حرکت نمود و جایگزین ماشین بخار شد و در اواخر قرن نوزدهم نخستین اتومبیل در انگلستان بمعرض نمایش‏ در آمد و بسال 1895 در فرانسه سرعت سیر چندین اتومبیل آزمایش گردید و ماشین آلمانی‏ «دیملر» با سرعت ساعتی نه کیلومتر در درجه اول قرار گرفت و رقیب جدی ماشین بخار شد. در سال 1903 برادران«وایت» امریکائی که مدتها برای پرواز در هوان تفلی میکردند موتوری در هواپیمای خود کار گذاشته‏ باطراف پرواز و مراجعت کردند.

اضافه نمودن کندانسور در ماشین بخار

57 سال بعد جیمز وات با اضافه‌کردن یک کندانسور یا چگالنده، ماشین بخار نیوکامن را اصلاح کرد. این کار موجب شد قدرت ماشین بخار خیلی بیشتر شود. او همچنین روشی برای تولید حرکت چرخشی از این موتور اختراع کرد و نام خود را برای همیشه به عنوان مخترع ماشین بخار در تاریخ علم و تکنولوژی جهان ثبت کرد.

موتورهای نیوکامن و وات از خلأ به‌وجود آمده در متراکم ساختن بخار به‌جای فشار انبساط آن برای به حرکت درآوردن پیستون استفاده می‌کردند. به همین دلیل آن ماشین آلات، ماشین‌ بخار خیلی بزرگی بودند.

سال 1185 خورشیدی یعنی حدود 207 سال پیش ماشین بخار فشار بالای مخترعی به نام ریچارد ترویتیک و همکارانش بود که این امکان را به‌وجود آورد تا موتورهای بخار آنقدر کوچک ساخته شوند که بتوانند یک قطار را به حرکت درآورند. ماشین‌ بخار نه تنها انرژی مورد نیاز کارخانه‌هایی که امکان تولید سریع کالاها را فراهم می‌آوردند تامین کردند، بلکه باعث به حرکت درآمدن بهتر قطارها و کشتی‌های بخاری شدند که کالاهای آن کارخانه‌ها را به نقاط مختلف دنیا منتقل می‌کردند.

چرا ساخت دستگاه تولید بخار و موتور بخار در صنعت اهمیت داشت؟

بد نیست به عنوان یک بشر قرن بیست و یکمی که این روزها با تغییرات و پیشرفت‌های لحظه به لحظه تکنولوژی روبه‌روست به 93 سال فاصله زمانی بین معرفی اولین ماشین بخار توسط نیوکامن و زمانی که دستگاههای موتور بخار کاربردی شدند و از آنها در قطارها و کشتی‌ها استفاده شد توجه ویژه‌ای داشته باشیم. بخار مقدار انرژی زیادی را در خود نگه می دارد و از آنجایی که اکثر حرارت بخار به صورت گرمای نهان می باشد مقادیر زیادی از حرارت می تواند با کارایی بالا در یک دمای ثابت انتقال یابد.

بخار به دو صورت مستقیم و غیر مستقیم در سیستم ها و صنایع مختلف به کار برده می شود در روش مستقیم بخار به صورت مستقیم در تماس با محصول بوده و گاه برای ایجاد رطوبت مانند صنایع خوراک دام و طیور و گاه به عنوان نیروی محرکه در به چرخش در آوردن توربین های بخار و بویلر صنعتی در نیروگاه ها، کارواش بخار…. استفاده می شود.