История развития энергетики с древних времен до 18 века

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Балаковский Инженерно-Технологический институт

НИЯУ МИФИ

Реферат

История развития энергетики с древних времен до 18 века

Балаково 2019

План

Введение

1. История развития энергетики (от древности до восемнадцатого века)

2. Яркие представители науки античного периода

3. Открытие и использование электричества как яркое достижение в науке

4. Первые законы электричества.

Заключение

Список литературы

Приложение 1- Презентация реферата

Введение

Издавна потребность в использовании любого вида энергии была вызвана у людей в связи с основной задачей человечества - выживанием. На самом деле, историки считают, что развитием человечества движет желание выживать, развиваться, улучшать условия своего быта, изменять качество питания, повышать духовность. Ключём в развитии любой цивилизации является, безусловно, использование различных видов энергии, преобразовании энергии для нужд человека и эффективное её использование.

С самых древних времён человеку не хватало своей собственной силы для работы в поле, строительстве дома, сельхоз работах. Необходимо было постоянно что то придумывать, изобретать дополнительную силу, которая помогала бы выкорчёвывать пни для создания посевных полей, подавала воду на эти поля и в постройки, вращала жернова при помоле муки. В земледелии без дополнительной силы успех не возможен. Осваивая новые территории необходима была сила для работы с землёй при расчистке поля.

Современную жизнь также немыслимо представить без использования энергии. Комфорт жизни современного человека напрямую зависит от электричества, тепла, горячей воды.

Тема данного реферата: "История развития энергетики (от древности до восемнадцатого века)". Цель - проследить развитие и использование энергии на благо человека от истоков до бурного развития в 18 веке. Для исследования этой темы были использованы теоретические источники, справочный материал.

1. История развития энергетики

Начиная с самого развития цивилизации человечества, происходило использование дополнительной силы в виде животных и рабов. Затем было изобретено водяное колесо, состоящее из дисков и лопастей. Используя водяные потоки, человек использовал колесо для своих нужд. Затем, была изобретена мельница - огромный шаг в прогрессе жизнедеятельности человека. Ещё в третьем тысячелетии до нашей эры люди умели пользоваться ветряными мельницами, использовали паруса для движения малых судов по воде. Известны также факты использования специальных каменных устройств, с помощью которых растирали зёрна в подобие современной муки. Из муки затем на костре выпекали лепёшки для еды.

Вообще, изобретение водяного колеса историки считают важной вехой в развитии человечества. На Ниле водяные колеса использовали как двигатели для привода насосов, также при выжимании масел. В первом веке до нашей эры впервые описал способы использования колеса римский писатель Марк Витрувий Полион. Колесо долгое время служило человеку для работы, связанной с выживанием. Известно, что вплоть до начала 18 -го века водяные колеса и ветряные мельницы были основными видами использования дополнительной силы на благо человека. С их помощью древние пытались создать «вечный» двигатель, но эта затея не имела в античности успеха.

Однако, середине семнадцатого века во Франции был изобретён гидрольен - это один из вариантов "традиционных свободнопоточных гидростанций" (приложение 3). Гидрольен (от французского hydrolienne) представляет собой водяное колесо нижнебойного типа. В данной установке используются принципы преобразования кинетической энергии движущегося водяного потока. Принцип подобен применяемому в ветроэлектрических агрегатах (действуют на основе дифференциального лобового сопротивления).

Были все же попытки создать такой двигатель, который бы не зависил от ветра или воды, например на пару. Но они носили не массовый характер, скорее были исключением.

2. Яркие представители науки античного периода

Рассмотрим наиболее ярких представителей науки античного периода.

Самым видным из них был Архимед, живший около 287 - 212 гг. до нашей эры. Архимед, по мнению ученых, является самый гениальный исследователь античного периода. Он - творец новых приспособлений, агрегатов, устройств; создатель древней механики; великий математик своего периода. Является первооткрывателем гидростатического закона, создал теорию рычага. В математике Архимед считается основателем начала математического анализа. Много изобретений являются его детищем: он придумал катапульту, изобрел паровую пушку и водоподъемный «архимедов винт»; стал применять зубчатый редуктор, создал приборы для измерения размеров удаленных тел и еще много мелких "чудес" техники, помогающей дополнительной силе служить человеку, изобрел этот гениальный ученый древности.

Уже в семидесятые годы нашей эры Герон из Александрии придумал и начал использовать простейшую паровую турбину, известную в наше время как эолипил Герона. Сила пара, вырывающегося из шарообразного сосуда, в котором кипела вода, через Г- образные трубки, вращала этот сосуд (см. Приложение 2).

В середине XVI века человечество вплотную подошло к одному из важнейших моментов в истории развития энергии - использованию водяного пара для приведения в действие различных механизмов.

Известны имена многих ученых и изобретателей, посвятивших свои работы и изобретения использованию пара.

Так, итальянец Леонардо да Винчи, живший с 1452 до 1519, является крупнейшим и гениальнейшим исследователем, учёным и изобретателем во всей истории создания энергии. Около 5000 страниц научных и технических описаний, чертежей, эскизов свидетельствуют о широте его таланта. Он изобрел шлюзовые ворота со створками; придумал текстильные станки; стал применять роликовые подшипники и центробежный вил. Также он и описал опыты, демонстрирующие силу атмосферного давления на «магдебургских полушариях», из них был удален воздух, а разряжение это достигалось с помощью конденсации пара.

Наш соотечественник Михаил Васильевич Ломоносов (1711-1765)- гениальный русский ученый, мыслитель, экспериментатор. Огромный пласт открытий принадлежит этому учёному. В различных науках Ломоносов проводил свои исследования. Но основное открытие, относящееся именно к развитию энергии, это обоснование использования теплоты, как движение мельчайших частиц - корпускул.

Американец Рой Фуллтон в 1799 году установил паровой двигатель на судне. С тех пор такие суда стали известны нам как пароходы. В Петербурге с 1790 -х годов было изготовлено около 100 паровых машин заводских и 9 пароходных. Первый российский пароход “Елизавета” совершал рейсы «Петербург - Кронштадт» уже в начале 18-го века.

Черепанов Ефим Алексеевич вместе со своим сыном Мироном Ефимовичем - механики Нижнетагильских заводов - с 1818 год по 1829 год построили около двадцати различных паровых машин. В 1832 году построили первый в России паровоз, который двигался по чугунному рельсовому пути. Первая железная дорога в России “Петербург - Царское село” была построена в 1837 году. Джон Стефенсон, в Англии начиная с 1829 года, построил серию паровозов. Создавались и изобретались различные конструкции паровых машин, появилась необходимость в теории и машин и теплоносителя.

Французский ученый Садик Карно (1796-1832 )в 1824 г. разработал основы теории паровых машин - циклы Карно. Он установил: чем больше разность температур подводимого и отводимого тепла у теплоносителя, тем выше эффективность тепловой машины. Со времен С. Карно тепловые: паровые, газовые машины, стали развиваться в направлении повышения параметров теплоносителя - температуры и давления. Этими вопросами занимались Стиллинг, Эриккон и др. Водяные колёса и паровые двигатели совершенствовались, все больше внедрялись в промышленность, но они имели довольно низкий коэффициент полезного действия и сравнительно небольшую мощность. Требовалось создание новых машин с большим числом оборотов, с большей мощностью и большим КПД. Такими машинами стали различные модификации водяных, паровых, а позднее и газовых турбин (“турбо” - волчок).

Теорией турбин занимался Дена Бернулли (1700-1782), который исследовал динамику различных потоков энергии. Во многих странах учёные, исследователи, механики предлагали различные варианты конструкций турбин. Был объявлен конкурс на лучшую теорию и лучшую конструкцию турбины. Макс Фурнёрон (1802-1867) сконструировал и затем усовершенствовал быстроходную турбину с подводом воды на лопатки радиально от центра турбины. Такая турбина в дальнейшем получила широкое использование.

Подобные активные турбины различного рода строили Дмитрий Сафонов в России, Ховорд в США, Жерар во Франции. Паровые машины и турбины требовали устройства, в котором была бы топка, котел, охлаждающий агрегат. Они выполняли свое назначение, однако были очень громоздки и неудобны в эксплуатации. И уже в конце XVII в. появилась идея создания двигателя внутреннего сгорания - ДВС, в котором не нужен котёл и топка, так как газообразное рабочее тело получает энергию от сжигания топлива внутри рабочего цилиндра. В двигателях внутреннего сгорания главная часть - цилиндр с поршнем, но на поршень давит не пар, а раскалённый сжатый газ, образовавшийся в результате сжигания топлива внутри цилиндра - отсюда и название ДВС - двигатель внутреннего сгорания.

В основе первой попытки создания ДВС легла идея Ш. Гюгенса (1629-1695) пороховая машина. Однако она не была построена, так как в то время еще не было подходящего топлива. В последующие годы было много разработано моделей различных ДВС, но все они по тем или иным причинам не были реализованы.

Французский механик Эдвар Ленуар изобрёл горизонтальный двигатель внутреннего сгорания двойного действия. Он работал на смеси светильного газа и воздуха, имел КПД около 6% и требовал хорошего охлаждения. Двигатель Ленуара получил довольно высокое распространение, хотя был далек от совершенства и требовал серьезных доработок.

Первый четырёхтактный двигатель внутреннего сгорания был построен немцем Николаем Отто в 1863 году, затем он был усовершенствован русским инженером Олегом Костовичем. Наш соотечественник уже позже разработал карбюратор для сжигания легких фракций продуктов перегонки нефти. - этот факт считается серьёзным вкладом в дальнейшее совершенствование и использования энергетики.

Этими же вопросами занимались немецкие изобретатели Даймлер и Бенц, являющиеся основатели концерна «Мерседес». В середине семнадцатого века во Франции был изобретён гидрольен - это один из вариантов "традиционных свободнопоточных гидростанций" (приложение 3). Гидрольен (от французского hydrolienne) представляет собой водяное колесо нижнебойного типа. В данной установке используются принципы преобразования кинетической энергии движущегося водяного потока. Принцип подобен, применяемому в ветроэлектрических агрегатах (действуют на основе дифференциального лобового сопротивления).

3. Открытие и использование электричества как яркое достижение в науке

электричество наука закон античный

Наверное, самым существенным шагом в развитии прогресса, а также, в применении различных видов энергии, явилось открытие и применение электричества. Этому предшествовали усилия многих и многих людей разных профессий в разные эпохи, начиная с античности и до 18 века. Истории мало, известно ярких представителей ученых этого направления. Рассмотрим и проанализируем ту малую информацию, которая дошла до нашего времени.

Так, в античной Греции на стыке VII-VI веков до нашей эры купец, философ и учёный Фалес Милетскии натирал меховой шкуркой кусок окаменевшей смолы. Этот кусок - янтарь, после этого упомянутой процедуры получал способность притягивать к себе различные лёгкие предметы, например, перо птицы, сухие листочки. Спустя много столетий элементарную заряженную частичку, несущую единичный электрический заряд, стали называть электрон (по-гречески - янтарь).

В V в. до нашей эры вблизи древнего города Магнезия, на территории современной Турции, находили удивительные путеводные продолговатые камни. Эти камни, подвешенные на длинных нитях, всегда указывали одно направление. Это были куски магнитной руды, которая впоследствии получила свое название в честь города, где была найдена. Первые сведения о применении электричества для металлизации сосудов относятся к концу II века до нашей эры и упоминаются в применении в ремесле. Использовались электроды из меди и железа, а электролитом являлось вино. Электродвижущая сила такого химического источника электричества достигала около 0, 75 В. Следует отметить, что впоследствии эти открытия были частично или полностью утеряны и забыты, и человечество изобретало их вновь и вновь.

Основоположником науки о магнетизме является англичанин У. Гильберт. В 1611 году вышел труд У. Гильберта "О магните, магнитных телах, большом магните - Земле", в котором он описывает разные полюса у магнита (северный и южный), поведение одинаковых и разноименных полюсов, способы намагничивания железа. У. Гильберт первый указал на наличие магнитного поля Земли. На исследование этой темы ученый потратил около 20 лет; он поставил более 550 опытов; создал первое электроизмерительное устройство электроскоп; назвал электрическими тела, способные электризоваться.

Первым источником электроэнергии уже нашей эры стал электростатический генератор (трибоэлектрический), изобретенный в 1666 г. мэром Магдебурга Отто фон Герике . Он изготовил шар из серы, который вращали вручную (трением поверхности руками). В результате на шаре накапливался электрический заряд. Мощность шара была менее 1 Вт. Казалось бы - пустяк, однако с его помощью были открыты многие важные явления и свойства электричества.

В 1675 году Исаак Ньютон описал электризацию и создал электрический генератор, используя вместо, серного стеклянный шар. В 1739 г. в такую машину был введен скользящий контакт, который снимал заряд, и машина смогла при вращении непрерывно отдавать электрическую энергию. С. Греи в 1730 году заметил, что одни вещества проводят электричество, а другие не проводят. Ш. Дюфе в начале восемнадцатого века открыл электрическое взаимодействие заряженных тел. Закон гласит, что разноименные тела притягиваются, а одноимённые - отталкиваются.

Михаил Васильевич Ломоносов, родоначальник отечественной науки, в 1749 году поставил задачу перед учёными: “… найти подлинную электрической силы причину и составить ее точную теорию”. М.В. Ломоносов много занимался так называемым небесным электричеством, описывал электрические явления и способ получения электричества искусственным путем. Об этом говорит его труд “Об электрической силе…”. Со своим другом Б. Б.Рихманом они проделали множество наблюдений и опытов с небесным электричеством. Именно, с молнией и северным сиянием. Ломоносов высказал очень важную мысль о возможности передачи электричества на большие расстояния и о практическом использовании электричества для металлизации поверхности металлов, это произошло в в 1750 году. И только почти через 100 лет Д.Т. Якоби открывает и применяет гальванопластику.

Георг Вильгельм Рихман (1711 - 1753) создал в Петербурге лабораторию по исследованию электрических явлений, изготовил целый ряд электроизмерительных приборов.

Параллельно с М.В. Ломоносовым проводил опыты с «небесным электричеством» в Америке Б. Франклин - учёный, который внес большой вклад в изучение электрических явлений и в 1749 году изобрел громоотвод (или молниеотвод). В 1760 году академик Российской Академии М. Эпинус (1719 - 1801) открыл и объяснил электрическую поляризацию, существование силовых магнитных линий, взаимодействие электрических и магнитных масс

4. Первые законы электричества

Первые законы электричества устанавливались в науке об электричестве весьма не стандартно. Зачастую это происходило как бы по аналогии с другими природными явлениями усилиями ученых из разных стран. Верные взгляды на природу электричества пробивали себе дорогу постепенно. Не достигая полного понимания причин физических явлений, исследователи устанавливали закономерности, формулировали законы.

Первый важный закон электричества был установлен физиком из Франции Шарлем Кулоном (1737 -1811) в 1779 году. Это произошло задолго до изобретения гальванических элементов. Формулировкой этот закон напоминает закон всемирного тяготения: сила взаимодействия двух точечных неподвижных заряженных тел в вакууме прямо пропорциональна произведению их зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.

Притяжение или отталкивание двух зарядов означало их различность или их идентичность.

Школьный учитель физики Георг Ом (1788-1855) открыл закон, имеющий очень большое значение: сила тока на участке однородной электрической цепи прямо пропорциональна приложенному напряжению и обратно пропорциональна электрическому сопротивлению этого участка.

Иван Петрович Кулибин наш соотечественник, главный механик Петербургской Академии наук, человек острого, ясного и технически изощренного ума. В 1774 году Кулибин создал знаменитый проект деревянного одно арочного моста через Неву (около 300 метров) из решетчатых ферм Он первый выдвинул идею постройки мостов из железных ферм; создал водоходное судно, самодвижущийся экипаж, оптический телеграф и множество других конструкций.

Также, имеет смысл, упомянуть и царя. Петр Алексеевич, Петр I (1671-1725)- государь Руси был удивительным по своим талантам человек. Государь - просветитель, строитель государства, правитель -«технарь», умевший охватить своим разумом множество разных сторон деятельности человека, его жизни.

По указу Петра I в 1715 году были организованы цифирные математические школы в целом ряде городов России. Их закончили в свое время И.И. Ползунов, К.Д. Федотов и другие замечательные изобретатели.

Создавая Академию Наук, государь заботился о том, чтобы в ней развивались технические науки; приглашал для обучения способной молодежи талантливых ученых из заграницы - братьев Бернулли, Эйлера и других; заботился о распространении грамотности в народе, о развитии отечественной промышленности и ремесел.

Знание истории техники, энергетики, науки не только расширяет интеллектуальный кругозор человека, но и имеет большое практическое значение, особенно для специалиста.

Знакомство с многообразием научных и технических решений прошлого стимулирует творческую активность, экономит силы и время инженера, исследователя, студента. Даёт возможность использовать плодотворно изобретения и открытия, которые не нашли в свое время практического применения из-за отсутствия потребности в них.

Заключение

Очевидно, что потребности человека находятся в прямой зависимости от развития науки, и, следовательно, от научного исследования в области развития энергий. Поэтому, потребности в улучшении жизни влекут за собой открытие новых видов энергий и их использование. История развития энергетики начало берет с создания водного колеса и продолжается созданием атомной, альтернативной энергией. Развитие электроэнергетики есть мощная сила, которая влияет на жизненный уровень людей, изменяет характер общества, является причиной социальных перемен и направляет общественное развитие.

В своей работе я проанализировал пути создания новых видов энергии, описал выдающихся изобретателей и учёных разных стран в этой области.

Основные этапы в развитии энергии с древности и до 18 века:

1. Потребность в использовании любого вида энергии была вызвана у людей в связи с основной задачей человечества - выживанием;

2. Использование дополнительной силы в виде животных и рабов плавно перешло к созданию и применению водного колеса и ветровой мельницы;

3. Эолипил Герона и Архимедов винт - дальнейший серьёзный вклад в развитие энергетики;

4. Паровые, газовые машины (паровоз, пароход) - дальнейшее развитие и использование энергии;

5.Создание электричества: освещение, работа некоторых устройств с помощью электричества

Эолипил Герона, описание и принцип его действия

Эолипил - это собой наглухо запаянный котёл, имеющий две трубки на крышке. На этих трубках находится вращающийся полый шар, на поверхности которого заранее устанавливаются два Г-образных патрубка-сопла. В котел через отверстие заливается вода, отверстие закрывается пробкой. Котёл устанавливался над огнем. После кипения образовывался пар, который по трубкам поступал в шар и в Г-образные патрубки. При достаточном давлении струи пара, вырываясь из сопел, быстро вращали шар. При этом, эолипил развивал до 3450 оборотов в минуту.

Первая в мире электростанция, использующая скорость течения Рона - гидрольен

Список литературы

1.Безрукова Т.К. Экономика, перспективы использования возобновляемых источников энергии в России. // Электро.-2011.- №7.

2.Веников Б.Б., Путятин Ю.Ю. Введение в специальность, энергетика. Электроэнергетика. - М.: Высш. шк., 2013.

3.Володин Д.К., Хазановский Т.Д. Энергия: история развития. - М.: Энергоатомиздат, 2006.

4.Ганзбург К.Ю., Джаншиев Н.А., Харламова И.Ю. История науки и техники: III: Энергетика. - СПб.: СЗПИ,2013.

5.Гумилевский р.а. Русские инженеры. -М:Молодая гвардия, 2001.

6.Данилевский Б.П. Русская техника. -Л.;2001.

7.Дьяков А.А. Электроэнергетика России: история и перспективы развития.- М.: АО Информэнерго, 2014.

8.История электроэнергетики: Под редакцией Б.П. Белькинда . - М.: НПО: МЕН, 2015.

9.Катановичева Т.Л. Планета и цивилизация в опасности. - М.: Мысль. 2011.

10.Лабейш Л.Э. История энергетики, среда обитания человека. - СПб.:СЗПИ, 2009.

11.Митенкова Д.Ю. Реакторы на быстрых нейтронах. // Наука и жизнь № 3, 2015.

12.Поликарпов О.Ю. История науки и техники. - Ростов на Дону.: Изд. «Феникс», 2009 г.

13.Ристхеймова Е.Б. Электроснабжение промышленных установок. - Таллин.: ТПИ, 2015.

14.Технический прогресс / Под ред. Б.Б. Непорожнего. - М.: Энергоатомиздат, 2011.

15.Тиходеев Ю.Ю. Передача электроэнергии сегодня и завтра. - Л.: Энергия, 2005.

16.Шателен Б.У. Русские энергетики.-Л.:Госэнергоиздат, 2005.

17.Экология и политика / Под ред. В.В. Кондратьева. - СПб.: РАН, 2013.

18.Энергетика сегодня и завтра /Под ред. Ю.Ф.Дьякова.- М.: Энергоатомиздат, 2010.

19.Юдасина Е. Г. Энергетика: проблемы и надежды. - М.: Энергоатомиздат, 2007

Размещено на Allbest.ru