Джеймс Уатт. Его жизнь и научно-практическая деятельность - страница 12

Для того чтобы окончательно убедиться в верности своего заключения, Уатт сделал ряд опытов над кипением воды и упругостью водяных паров при различных температурах и нашел, что первая увеличивается гораздо быстрее последних.[3] Выразив полученные числа в виде математической кривой линии и приложив ее к случаю абсолютной пустоты в своей машине, он увидел, что для получения сколько-нибудь совершенной пустоты нужно впрыскивать в цилиндр огромное количество воды, которое почти совсем охладило бы его, и что для нагревания его при следующем ходе поршня потребовалось бы столько пара, сколько котел не в состоянии обеспечить. Отсюда для него стало ясно, что старые инженеры были вполне правы, довольствуясь при своих “огневых машинах” грузом не больше 6–7 фунтов на каждый квадратный дюйм поршня. Иначе говоря, эти машины по самому устройству своему и не могли выдерживать большего груза.

Таким образом, Уаттом была разгадана загадка ньюкоменовской модели. Теперь оставалось найти способ избежать недостатков старого принципа, то есть устранить огромную потерю пара, тепла, а следовательно, и топлива. Но Уатт был не только способный механик, а также и ученый: он не мог искать нового практического принципа, не понимая, каким требованиям этот принцип должен был отвечать и где его можно найти. Значит, прежде всего нужно было изучить законы парообразования, нужно было найти, сколько всего требуется тепла для образования такого-то количества пара и сколько необходимо пара для произведения такой-то работы. Из предыдущих соображений для него было ясно, что числа, приведенные в книге Дезанглиера, были ошибочны, нужно было их поправить, и Уатт предпринял два ряда опытов, которые он сам не считал научно точными, но которые вполне его удовлетворяли, тем более, что он ясно видел величину возможной ошибки.

Целью первого опыта было определить, во сколько раз одно и то же по весу количество воды занимает в виде пара больший объем, чем в виде жидкости. Вывод получился такой, что в виде пара вода занимает по крайней мере в 1800 раз больше места, чем в виде жидкости.

Эти цифры давали ему возможность решить, как велик должен быть паровой котел и сколько воды должен он испарять, чтобы наполнить паром цилиндр определенного размера.

И действительно, он тотчас же устроил котел, позволявший ему видеть, сколько в нем испарялось воды при всяком ходе поршня. Практика в этом случае значительно расходилась с теорией: котлу приходилось вырабатывать в несколько раз больше пара, чем требовалось для его наполнения по теории.

Иную цель имел другой ряд опытов: впрыскивая воду в цилиндр, наполненный паром, он с удивлением заметил, что сравнительно небольшое количество воды, послужившее для образования этого пара, может нагревать до кипения очень большое количество впрыскиваемой воды.

Целью второго ряда опытов и было определить, действительно ли это так, и какое существует при этом численное соотношение.

В результате оказалось, что вода, превращенная в пар, может нагреть до кипения в шесть раз большее количество воды.

“Пораженный этим явлением, – говорит Уатт, – я упомянул о нем моему другу Блэку (профессор химии и естественных наук университета Глазго), который тогда объяснил мне свою теорию скрытого тепла, предложенную им незадолго перед тем, с которой я совсем не был знаком”.

Эта теория вполне объяснила последнее наблюдение Уатта, то, что при сгущении пара в воду выделяется скрытое тепло, которое и нагревает впрыскиваемую воду.

“На такие и подобные опыты, – продолжает изобретатель, – я потратил много времени и гораздо больше денег, чем мне позволяли обстоятельства, а новый принцип все-таки не находился. Однако же вся эта задача настолько овладела моим умом, а мои обстоятельства настолько сильно побуждали меня вернуть потраченное время и средства, что наконец после многих попыток решить ее я пришел как бы к аксиоме: для того, чтобы сделать совершенную паровую машину, необходимо, чтобы цилиндр был всегда так же горяч, как и входящий в него пар; но, с другой стороны, сгущение пара для образования пустоты должно происходить при температуре не выше 30°Реомюра”.