Dampmaskine

Fra Wikipedia, den frie encyklopædi
Gå til: navigation, søg
Animation af kørende dampmaskine
James Watts dampmaskine opstillet i vestibulen på Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales de la UPM i Madrid

En dampmaskine kan omsætte termiske energi i vanddamp til mekanisk arbejde. Når man tilfører varme til vandet, så begynder de frie mellemrum mellem molekylerne at udvide sig, og derfor fylder dampen mere. Omvendt, hvis man lader dampen afkøle, så begynder den at kondenseres til vand, og derved sker en formindskelse af rumfanget. Når denne sammentrækning og udvidelse foregår i en lukket cylinder, så kan man få et stempel til at gå op ned. Hvis man har forbundet stemplet med en pumpestang, så kan den trække i en pumpestang, og man kan også lave den om til roterende bevægelse ved at indsætte et svinghjul i stedet for en pumpestang. Dampmaskinens effektivitet afhænger af, hvor stor en del af den tilførte varmeenergi, der omsættes til bevægelse.

Dampmaskinen var grundlaget for en ny tidsalder, nemlig den industrielle revolution. Selvom der i dag er mange historikere, der bruger betegnelsen den industrielle revolution for de store forandringer, som forgik i England mellem 1760 til 1840, så er det også vigtigt at påpege, at det var dampmaskinen samt nogle af de tekniske fornyelser, der kom i kølvandet på den, som var motoren bag de store forandringer. Afgørende for disse forandringer var, at man gik fra håndværk og hjemmefabrikation til masseproduktion. Alt det her var også med til at sikre Englands førende position i det 18. og 19. århundrede.


Opfindelsen af dampmaskinen[redigér | redigér wikikode]

Herons kugle.
Herons kugle som laboratorieopstilling.

Selvom der er mange, der tror, det var James Watt, som stod bag opfindelsen af dampmaskinen, så er det ikke helt sandt. Der har været mange fysikere og matematikere, der eksperimenterede med det, bl.a. franskmanden Denis Papin, hvis eksperiment blev brugt til at konstruere en maskine, der kunne bevæge sig. Men det slutter ikke her, den ældste optegnelse af forsøg med damp stammer fra 2. århundrede f.Kr. Forsøget blev udført i Alexandria, som i dag ligger i Egypten, og manden, som stod bag forsøget, var Heron.

Heron, som var en græsk matematiker, havde lavet en kugle, der roterede. Kuglens drivkraft kom fra damp, idet den var fastgjort i to rør, som skulle virke som dampturbiner. Princippet bag den var enkelt. Den opstigende vanddamp, der fyldte den hule kugle op, fik den til at dreje rundt.

I princippet havde han lavet en fuldt færdig dampturbine. Grunden til, at den ikke fik nogen praktisk anvendelse, var den, at man ikke vidste, hvad den skulle bruges til plus den ret uøkonomiske dampturbine.

Dampmaskinens udvikling[redigér | redigér wikikode]

Dampmaskinen er en engelsk teknologi, og det var en Pull opfindelse idet der var behov for at fjerne vand fra mineskakter. Det var et målbevidst arbejde, man gik i gang med for at opfinde noget, der kunne dække det behov. Før dampmaskinens opfindelse blev dette behov dækket ved installation af et pumpeanlæg. Pumperne kunne drives med vandhjul, og hvis dette ikke var muligt, anvendte man hestegang. Det var en dyr løsning, idet udgifter til mange heste var en belastning for minernes økonomi. Den første dampmaskine, som skulle være med til at løse dette problem, blev lavet af Thomas Savery, og han tog patent på den allerede i 1698. Hans maskine blev aldrig udbredt, idet den ikke var fejlfri, og ikke altid virkede efter hensigten. Dampmaskinens fejl skyldtes den ineffektive konstruktion, idet den virkede, hvis damptrykket var højt, men dette var ikke altid let, da man i 1698 ikke var i stand til at lave kedler, der var stærke nok. Thomas Savery kaldte sin maskine for ”The miner´s friend”.

Den første anvendelige dampmaskine blev konstrueret i 1710 af englænderen Thomas Newcomen. Den var bygget efter nye koncepter, som gjorde dampmaskinerne mere pålidelige og driftsikre. Newcomens maskine var mere effektiv og økonomisk i forhold til Saverys maskine, idet store mængder damp gik til spilde i Saverys maskine. Senere var Newcomen nødt til at indgå partnerskab med Savery, idet han havde patentrettigheder til enhver maskine, der udnyttede ildens drivkraft. Newcomen udviklede en ny og forbedret version af sin gamle maskine i samarbejde med Savery. Den nye maskine kunne levere op til 12 slag pr. minut, ved hvert slag kunne maskinen hente 40 liter vand op fra en mineskakt, som lå nede i 45 meters dybde. Under alle omstændighed lykkedes det for Newcomens dampmaskine at få stor succes op til 1769, hvor en ny spiller kom ind på banen, nemlig den skotske instrumentmager James Watt.

James Watts interesse for dampmaskiner begyndte allerede, da han var ganske ung. Han havde op til flere gange udført forsøg for at forbedre Saverys maskine, men det måtte han opgive, da han nåede til den konklusion, at det ikke var muligt at lave kedler, som kunne holde til det høje tryk, som Saverys maskine krævede for at presse vandet til vejrs. Da han som instrumentmager tilbage i 1763 fik lov til at reparere en model af Newcomens maskine, kunne han se nye muligheder. Det tog Watt fem år, fra han fik ideen, til han stod med en maskine, som virkede i praksis. Watts maskine var et kæmpe skridt inden for udvikling af dampmaskiner, da den fungerede meget bedre end konkurrenternes på daværende tidspunkt, og da det lykkedes for ham senere at forbedre den yderligere, førte det til ny standard inden for industrien. I den nye model blev det nemlig muligt at omsætte energien til en roterende bevægelse; det medførte, at det blev muligt at koble nye maskiner til dampmaskinen. Energien fra dampmaskinen kunne omsættes i de nye maskiner, og det var grundlaget, som senere førte til bl.a. damplokomotivet. Før opfindelsen af dampmaskinen foregik al transport på landjorden vha. heste. Nu, hvor det var muligt at omsatte energien fra dampmaskinen til roterende bevægelse, var det kun spørgsmål om tid, før man fik tanken at bygge noget, som kørte vha. dampkraft. Selvom roterende bevægelse vha. damp var opfundet i 1760, så gik der en del år, før andre opfindere måtte eksperimentere med det, da Watt havde patent på det.

Teknologien bag dampmaskinen[redigér | redigér wikikode]

Dampmaskinen blev udviklet i 1700-tallet på baggrund af den viden, man havde om, at vandet udvides, når det bliver omdannet til damp. Når man tilfører varme til vandet, så begynder de frie mellemrum mellem molekylerne at udvide sig, og derfor fylder dampen mere. På samme måde, hvis man kommer en mængde vand i en lukket kedel og opvarmer det til damp, begynder der at skabes et overtryk, da damp fylder mere end vand. Omvendt, hvis man lader dampen køle, så begynder den at kondenseres til vand, og derved sker en formindskelse af rumfanget. Når denne sammentrækning og udvidelse foregår i en lukket cylinder, så kan man få et stempel til at gå op ned. Hvis man har forbundet stemplet med en pumpestang, så kan den trække i en pumpestang, og man kan også lave den om til roterende bevægelse ved at sætte et svinghjul i stedet for en pumpestang.


Thomas Savery[redigér | redigér wikikode]

Dampmaskinen, som Savery lavede, kom i brug i 1698. Maskinen virkede ved, at dampen fra dampkedelen blev ledt over i en beholder, hvor den forneden var forsynet med et rør, som gik ned til vandet, som lå i minen. På toppen af beholderen var der et andet rør, som førte opad. Princippet var at fylde beholderen med damp, hvorefter man lukkede for dampen, mens pumpens rør forneden blev åbnet. Dampen fortsatte og sugede vandet op fra minegangen.


Newcomens Dampmaskine[redigér | redigér wikikode]

Newcomens Dampmaskine - principskitse.
Newcomens Dampmaskine - animation.

Omkring 1710 blev der udviklet en ny dampmaskine af Thomas Newcomen efter flere års arbejde. Newcomens maskine var bedre på en lang række punkter i forhold til Saverys dampmaskine. Et af punkterne, hvor den væsentligt adskilte sig fra Saverys maskine, var, at problemet med faren for kedeleksplosioner var løst, og energispildet var formindsket, idet dampen ikke kom i direkte kontakt med det kolde vand fra minen. Princippet bag hans maskine bestod af en cylinder med et stempel og en kedel. Når cylinderen blev fyldt med damp, blev stemplet i cylinderen skubbet opad. Herefter blev der lukket for dampen, og der blev åbnet for en hane, der sprøjtede koldt vand ind i cylinderen. Det kolde vand fik dampen til at kondensere, og trykket i cylinderen faldt, og atmosfærens tryk på stemplets overside med stor kraft trykkede den nedad. Atmosfæretrykket var stor nok til at men vha. af stemplet kunne drive en pumpe.

James Watt dampmaskine

James Watt[redigér | redigér wikikode]

Det blev James Watt, der kom til at føre an i den udvikling, der forandrede Newcomens dampemaskine og fik den til at virke i 1774. Det lykkedes ham at konstruere en maskine, som var meget mere økonomisk end sin forgænger, og samtidig var det en god erstatning for hestegange og vandhjul. I watts maskine var det ikke nødvendigt hele tiden at opvarme og nedkøle cylinderen ved at have en afkølet beholder ved siden af. Det medvirkede også til, at man ikke behøvede at vente hele tiden med at opvarme og nedkøle, og maskinen kunne arbejde hele tiden. Det, som var det vigtigste ved Watts maskine, var at den var i stand til at omsætte en potentiel energi til kinetisk energi, med andre ord var det muligt i dette tilfælde at skabe roterende bevægelse. Nu var det også muligt at omsætte dampens energi til at drive andre maskiner. Senere forbedrede han det yderligere, med fordoblet effekt.

Dampmaskine fra 1903 i funktion på Burnley Ironworks

Dampmaskinens betydning for det engelske samfund fra 1700 til 1850[redigér | redigér wikikode]

Før dampmaskinens opfindelse var England allerede et industriland, med veludviklet minedrift, dygtigt håndværk, en stor eksport samt centrum for handel. Men allerede i 1750 begyndte det første krisetegn at vise sig i den engelske industri, da efterspørgselen på engelske produkter steg. Grænsen var nået, selvom man overalt i England arbejdede hårdt for at producere mere. Drivkraft var det store problem i den engelske industri, den kunne ikke længere følge med efterspørgslen. Med dampmaskinen kom det afgørende brud i forhold til tidligere tiders langsomme produktion til en kæmpe progressiv fremgang. Det skyldtes, at de tidligere kraftkilder, så som hestegang og vandhjul man anvendte i fabriker, ikke gav så meget energi fra sig som en dampmaskine, plus så var man heller ikke afhængig af at placere produktionen et sted, hvor man kunne drive et vandhjul eller en pumpe vha. af hestekraft. Den voldsomt stigende energilevering samt de høje produktionshastigheder medførte, at omkostningerne i produktionen faldt, og det medvirkede endvidere til, at industrivarer og produkter faldt meget i pris. Det skabt forandringer i samfundet, idet flere mennesker havde råd til at købe disse varer, hvor det førhen var forbeholdt de få velhavende i samfundet.


Problemer ved dampmaskiner[redigér | redigér wikikode]

Selvom opfindelsen af dampmaskinen har ført mange positive ting med sig, så har den også haft en række negative sider. Bl.a. har opfindelsen af dampmaskinen skabt samfunds- og miljøproblemer. Samfundsproblemerne består i, at den øgede produktion betød en lang arbejdsdag for arbejderne samt uhumske og dårlige arbejdsvilkår. Børnearbejde blev også populært, idet børn kunne betales mindre end voksne, og dermed var de billig arbejdskraft. Flere børn og voksne arbejdere blev syge og døde dengang på baggrund af de vanskelige arbejdsvilkår samt de farlige stoffer på arbejdspladserne. Miljøproblemet bestod i at dampmaskinen samt dens efterfølgere eksempelvis damturbiner, jetmotorer og forbrændingsmotorer anvender kul, olie og naturgas, som man også kalder for fossile energikilder. Afbrænding af fossile energikilder er med til at øge indholdet af CO2 i atmosfæren, og det medfører, at jordens gennemsnittemperatur stiger. Konsekvenserne af det skaber klimaforandringer og afsmeltning af isen ved jordens poler. Dampmaskinen og dens efterkommere var grundlaget for den enorme velstand, der er i dag, men brugen af dem har en uoverskuelig konsekvens på længere sigt.

Sammenfatning[redigér | redigér wikikode]

Selvom den første dampmaskine blev lavet i 1710 af Thomas Newcomen, er man stadig uenig om hvorvidt Saverys maskine var dampmaskine eller trykpumpe-maskine, så blev den for alvor populær, da Watt videreudviklede den, så den omsatte energien til roterende bevægelse. Succesen med den roterende bevægelse skyldtes, at energien fra dampmaskinen kunne udnyttes også i andre maskiner. Man gik fra manuel arbejdskraft eksempelvis vand og hest, til mere maskinbaseret produktion. Set ud fra disse ting, så er de forbedringer, man har fortaget i dampmaskinen, opbygget fra erfaringer ud fra tidligere mindre gode dampmaskiner, derfor kan man godt konkludere, at dampmaskinens teknologi er en empirisk teknologi. Mange tror, at dampmaskinen var en forudsætning for den industrielle revolution, men det passer ikke helt. For at forstå det, skal man se Englands udvikling i et bredere perspektiv, da England allerede før opfindelsen af dampmaskinen var en industriland med stor væveindustri, minedrift samt en kæmpe eksport. Alt det skyldtes, at England på det her tidspunkt havde en regering med et positivt syn på industriproduktion, risikovillig kapital samt en mobil arbejdskraft uden stavnsbånd og et godt banksystem. Derfor var opfindelsen af dampmaskinen et stort skub i den rigtige retning på den rette tid. Alt det gør, at dampmaskinen sikrer sig en plads blandt de mest betydningsfulde teknologier i menneskehedens historie.


Kilder[redigér | redigér wikikode]

Eksterne henvisninger[redigér | redigér wikikode]

Commons-logo.svg
Wikimedia Commons har medier relateret til: