Льюис Дартнелл - Цивилизация с нуля. Что нужно знать и уметь, чтобы выжить после всемирной катастрофы

Главный принцип паровой машины восходит к старой как мир загадке, хорошо известной еще Галилею в конце XVI в.: почему вакуумный насос не может поднять воду в трубе выше 10 м. Объясняется это тем, что сам воздух оказывает давление, эта сила сжимает все, что есть на поверхности земли, включая столб воды. Но отсюда следует, что и сама атмосфера может делать работу для нас. Нужно только лишь создать вакуум внутри цилиндра с гладкими стенками и свободно движущимся поршнем, и внешний воздух втолкнет поршень. Этот процесс можно использовать в машине для совершения работы. Остается вопрос: как снова и снова создавать в цилиндре вакуум? Ответ: силой пара.

Впустите в цилиндр пар из парового котла, и пусть он там остынет: конденсируясь в воду, он перестанет давить на поршень и уравновешивать атмосферное давление. Под действием внешнего воздуха поршень уйдет обратно в цилиндр, совершив нужную вам работу, а цикл можно повторить, открыв клапан и дав поршню вернуться, а затем впрыснув новую порцию пара. Таков общий принцип действия первых «огневых машин» XVIII столетия. Заметно повысить их эффективность можно, добавив отдельный охладитель, чтобы не нужно было постоянно охлаждать и нагревать цилиндр. Если же вы сможете сконструировать особенно прочные цилиндры и котлы — из подручных материалов либо после освоения металлургии, тогда возможностей будет еще больше. Вместо того чтобы полагаться на всасывающий эффект от остывающего в цилиндре пара, увеличьте давление пара и используйте мощь горячего газа — знакомую по шипению эспрессо-машинки, — чтобы сначала двинуть поршень в одну сторону, а затем в другую, обратно.

Главный процесс, осуществляемый паровой машиной (как и любым поршневым тепловым двигателем, например автомобильным мотором, который мы обсудим в главе 9), — возвратно-поступательный ход поршня. Его удобно использовать на откачке воды из шахт, но для большинства других применений это колебание нужно превращать в равномерное вращение. Кулачковый механизм, как в ветряных мельницах, осуществит превращение и нужным образом задаст ход машины или колес транспортного средства.

Вам может показаться, что паровая машина воплощает именно тот переходный этап в развитии техники, который нужно перескочить, перейдя сразу к двигателю внутреннего сгорания и паровой турбине, которые мы подробно разберем ниже. Однако паровая машина в сравнении с более совершенными технологиями обладает двумя важными преимуществами, так что, скорее всего, вам придется задержаться и на этой ступени. Во-первых, она относится к двигателям внешнего сгорания и не нуждается в рафинированном бензине, керосине или соляре: без особых хлопот в топку можно пустить практически любой горючий материал, например отходы лесопилки или компост. Во-вторых, для сборки простой паровой машины понадобятся не такие сложные станки и материалы и гораздо меньшая точность и строгость расчетов, чем для сложных механизмов. К механической энергии мы скоро вернемся, а теперь давайте посмотрим, как можно восстановить одно из важнейших удобств нынешнего мира — электричество.

Электричество или, точнее, весь круг явлений, связанных с электромагнетизмом, — настолько важная и магистральная технология, что в эпоху перезагрузки нужно будет восстановить ее как можно скорее. Открытие электромагнетизма — прекрасный пример того, как абсолютно новая область знания, обнаруженная по случайности, открывает нам широкий круг сопутствующих явлений и полезных возможностей. Эти новые явления исследуются в аспекте технологического освоения, что в свою очередь прокладывает новые пути для чистого научного поиска.

Впервые электричество в виде непрерывного и стабильного тока было получено в аккумуляторной батарее. Изготовить батарею удивительно просто. Чтобы запустить электрический ток, понадобится всего лишь два куска разного металла, погруженные в электропроводящую жидкость или пасту, так называемый электролит [33] Если у вас в зубах есть пломбы старого типа, можете пронаблюдать это явление у себя во рту. Пожуйте кусок алюминиевой фольги, и этот кусок металла прореагирует с ртутно-серебряной смесью пломбы, причем электролитом послужит ваша же слюна. Однако ставить этот опыт нужно с осторожностью, потому что возникающий электрический ток поступит прямиком к нервным окончаниям в пломбированном зубе! . Каждый металл характеризуется своей «степенью сродства» к частицам, называемым электронами, и, когда два разных металла соединяются, один из них делится своими электронами с другим, более «голодным», вызывая ток в связывающем их проводе. В любых аккумуляторах, будь то мобильный телефон, карманный фонарик или кардиостимулятор, «запакована» химическая реакция, которая происходит, лишь когда контакт замкнут и поток электронов бежит по лабиринту проводов и выполняет предписанную работу. Разница в реактивности между двумя металлами определяет электрический потенциал или напряжение, выдаваемое батареей.