На примере развития железнодорожного сообщения можно наглядно видеть увеличение значения парового двигателя по мере его совершенствования.
В 1825 году в Англии между городами Стоктоном и Дарлингтоном открылась первая железная дорога. А через несколько лет бывшим рабочим Джорджем Стефенсоном был построен паровоз "Ракета" (рис. 19), развивавший неслыханную до того времени скорость — более 22 километров в час — и тащивший за собой поезд в 17 тонн (около 1000 пудов) весом. С тех пор железная дорога стала быстро распространяться по всему миру. В настоящее время железнодорожные пути мира достигают более миллиона километров длины. Ими можно было бы 25 раз опоясать весь земной шар. Современный паровоз развивает скорость в 50 — 80 и даже больше километров в час.
Он почти в четыре раза длиннее "Ракеты" (см. рис. 20) и но крайней мере в 10 раз сильнее, несмотря на то, что расходует на километр пути и тонну груза вчетверо меньше угля, чем "Ракета".
Не меньшие успехи сделало благодаря пару и море– плавание. Нам уже раньше пришлось говорить о размерах и грузоподъемности современных судов. Сравним теперь, как с применением пара увеличилась скорость их передвижения.
Христофор Колумб открыл в 1492 году Америку. На переезд от Европы до Америки на своих парусных судах ему пришлось затратить 70 дней. Первому паровому пароходу нужно было для этого уже только 26 дней. А современный океанский пароход затрачивает на это путешествие всего 5 дней.
К концу прошлого столетия жизнь людей в культурных странах была уже совсем не та, чем в начале того же столетия. Произошло это благодаря невиданным до того времени успехам техники. И эти успехи были неразрывно связаны с применением и усовершенствованием паровой машины. Какую важную роль она играет в производстве и до сих пор — это отлично знает каждый работающий на фабрике или заводе рабочий.
Когда вы видите на улицах большого города огромное число снующих взад и вперед автомобилей и мотоциклов, когда замечаете бороздящую тихую гладь спокойной реки моторную лодку или слышите характерный треск пролетающего над вашей головой самолета, то вы вряд ли думаете о том, что для приведения в движение всех этих аппаратов нужно было изобрести какой-то особый, не похожий на паровую машину двигатель. А между тем это так. Разве можно представить себе тяжелую громоздкую паровую машину, заключенную в легком автомобиле или, особенно, в самолете? Нет! Здесь нужен двигатель, не занимающий много места, нс увеличивающий бесполезный груз, послушный легкому движению руки управляющего им человека и в то же время достаточно сильный. Таким двигателем и является двигатель внутреннего сгорания.
Чем отличается его действие от действия паровой машины?
Прежде всего тем, что в нем применяется почти исключительно газообразное или жидкое топливо. Но не это главное. Главное отличие состоит в том, что это топливо сжигается не в отдельной топке (как это делается в паровой машине), а прямо внутри того прибора, который превращает тепло в энергию движения. Благодаря этому сильно уменьшаются бесполезные потери тепла, а сам двигатель не требует столько места, сколько он потребовал бы, если бы в нем были еще отдельные топка и котел.
Для того, Чтобы лучше понять действие двигателя внутреннего сгорания, рассмотрим, как действует, например, имеющий теперь большое применение четырехтактный двигатель.
На рисунке 21 изображен в четырех разных положениях цилиндр этого двигателя, внутри которого ходит поршень, приводящий в движение связанный с ним рабочий вал (снизу). Через левую трубку в цилиндр поступает смесь из паров бензина и воздуха; через правую — выталкиваются вон отработавшие газы. Смотрите теперь на левый верхний рисунок.
Поршень идет вниз, клапан левой трубки открыт, клапан правой — закрыт; благодаря этому происходит засасывание в цилиндр горючей смеси. Это первый ход, или, как говорят, первый такт двигателя.
В тот момент, когда поршень дошел донизу и начинает подниматься вверх, клапан левой трубки закрывается (см. правый верхний рисунок). Смеси выйти из цилиндра нельзя и она сильно сжимается поршнем, нагреваясь при этом. Это — второй такт двигателя.
В тот момент, когда поршень опять начинает
опускаться (см. левый нижний рисунок), смесь поджигается электрической искрой. Она взрывает. Образовавшиеся при взрыве газы с силой толкают поршень вниз. Это третий, так называемый рабочий такт двигателя.
Когда поршень, дойдя донизу, начинает снова подниматься, то открывается клапан правой трубки (см. правый нижний рисунок) через которую и выталкиваются из цилиндра отработавшие газы. Эго — четвертый такт двигателя. После этого работа идет опять в том же порядке, как описано.
Как мы видим, из каждых четырех ходов, или тактов, двигателя только один является рабочим. Толчок, получаемый двигателем при сгорании горючего, настолько силен, что его хватает и на остальные три такта.
Так работает четырехтактный двигатель внутреннего сгорания.
Есть, конечно, целый ряд двигателей внутреннего сгорания и другого устройства. Есть такие, в которых один рабочий ход приходится на каждые два такта (двухтактные двигатели). Есть такие, в которых работает не один цилиндр, а несколько. При этом рабочие ходы каждого приходятся на разное время, почему такой двигатель работает более равномерно. Есть такие, которые работают не на бензине, а на керосине, нефти, спирте или на газовом топливе (используя, например, газы доменных печей, в которых выплавляется железо из руд). Но у всех этих разнообразных двигателей есть одно общее свойство: они используют тепло сгорающего в них топлива лучше, чем паровая машина. В двигателях внутреннего сгорания в полезную работу переводится уже около третьей части затрачиваемого на них тепла, а иногда даже и несколько больше. Это делает их наиболее экономичными из современных тепловых машин.
Мы видим, следовательно, как по мере развития науки и техники все время лучше и лучше использовало человечество для своих нужд работу "черных слуг"— разных видов угля. Это будет еще нагляднее, если сравнить следующие цифры.
Для получения мощности в 1 лошадиную силу расходовали каменного угля:
в 1820 году -------------------------------12 килограмм
"1830----------------------------------------- 5"
"1860----------------------------------------- 2"
"1920------------------------------------------1"
"1925---------------------------------------- 1/2
Значит, за сто с небольшим лет мы научились извлекать из каменного угля в 24 раза больше работы, чем в 1820 году.
Сопоставим для полноты картины и улучшения использования тепла но мере усовершенствования машин, превращающих тепло в энергию движения, то-есть тепловых машин.
Паровая машина — превращала в полезную работу в прежнее время сотые доли затрачиваемого тепла, теперь около шестой части.
Паровая турбина — пятую часть.
Нефтяной двигатель — четвертую часть.
Газовый двигатель —третью часть.
Бензиновый двигатель — больше третьей части (примерно, две пятых).
Мы заставляем с помощью наших машин, черных слуг, работать на нас все лучше и лучше. Возможно, что в будущем мы сумеем извлечь из них и еще больше пользы. Однако, как мы уже видели, обойтись только их работой нам едва ли удастся, почему приходится обращаться к услугам слуг другого цвета.
Три четверти поверхности земного шара покрыты водой морей и океанов. Каждый день солнце нагревает эти безграничные водные пространства, благодаря чему с их поверхности постоянно испаряются большие количества воды. Эта вода в виде пара поднимается в голубую высь, гонится течениями ветра иногда далеко от родного моря, охлаждается, сгущается в мелкие капельки, образующие облака или тучи, и выпадает снова на поверхность земли в виде дождя, снега, росы, инея… Вода, попавшая на поверхность земли, отчасти снова испаряется и поднимается вверх, отчасти же, собираясь в бесчисленные струйки и ручейки, на земле и под землей, образует в конце концов мощные реки, изливающиеся обратно в морс.