Dampmaskine

Fra Wikipedia, den frie encyklopædi
Gå til: navigation, søg
Animation af kørende dampmaskine med en drivende krumtapmekanisme – og dobbeltvirkende cylinder. Herudover haves en krumtapmekanisme som styrer glideren, der er placeret oven på cylinderen. Glideren fordeler på skift dampen til den dobbeltvirkende cylinders to kamre, og åbner for afgang af dampen fra den modsatte side af stemplet. En lodret roterende aksel med to kugler er regulatoren, der via en trækstang drøvler damptilførslen, når hastigheden går op, og kuglerne svingere længere ud, og omvendt når hastigheden går ned. Herved sikres en konstant arbejdshastighed
James Watts dampmaskine opstillet i vestibulen på Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales de la UPM i Madrid

En dampmaskine er en transducer, der kan omsætte noget af den termiske energi i vanddamp under tryk til mekanisk arbejde. "Brugt" damp lukkes ud i atmosfæren.

Når denne passive sammentrækning (passiv fraførsel af vanddamp) - og udvidelse (tilførsel af vanddamp) foregår i en lukket cylinder, kan et stempel gå op og ned. Hvis det er forbundet med en pumpestang, kan et svinghjul give en roterende bevægelse. Dampmaskinens effektivitet afhænger af, hvor stor en del af den tilførte varmeenergi, der omsættes til bevægelse.

Dampmaskinen var grundlaget for en ny tidsalder: den industrielle revolution. Selv om der i dag er mange historikere, der bruger betegnelsen den industrielle revolution om de store forandringer, som forgik i England mellem 1760 og 1840, det også vigtigt at påpege, at det var dampmaskinen som var motoren bag de store forandringer. Samt de tekniske fornyelser, der kom i kølvandet af den. Afgørende er, at man gik fra håndværk og hjemmefabrikation til masseproduktion. Alt det var 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.

Selv om 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 den, bl.a. franskmanden Denis Papin, hvis eksperiment blev brugt til at konstruere en maskine, der kunne bevæge sig. Men den ældste optegnelse af forsøg med damp stammer fra midten af det 1. århundrede e.Kr. Forsøget blev udført i Alexandria af Heron.

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

I princippet havde Heron lavet en fuldt færdig dampturbine. Grunden, til at den ikke fik nogen praktisk anvendelse, var at den var uøkonomisk, og man ikke vidste, hvad den kunne bruges til.

Dampmaskinens udvikling[redigér | redigér wikikode]

Dampmaskinen er engelsk teknologi: der var behov for at fjerne vand fra mineskakter. Det var et målbevidst arbejde at dække det behov. Før dampmaskinen blev det dækket ved et pumpeanlæg. Pumperne kunne drives med vandhjul, og hvis det var umuligt, anvendte man en hestegang. Det var en dyr løsning. Den første dampmaskine, som skulle løse problemet, blev lavet af Thomas Savery, og han tog patent på den allerede i 1698. Hans maskine blev aldrig udbredt, idet den ikke altid virkede efter hensigten. Dampmaskinens fejl skyldtes den ineffektive konstruktion: den virkede kun, hvis damptrykket var højt. Men man kunne i 1698 ikke lave kedler, der var stærke nok. Thomas Savery kaldte sin maskine ”The miner's friend”, minearbejderens ven.

Thomas Newcomen konstruerede den første brugbare dampmaskine i 1710. Den blev mere pålidelig, driftsikker og økonomisk end Saverys maskine, hvor store mængder damp gik til spilde. Senere var Newcomen nødt til at indgå partnerskab med Savery, der havde patentrettighederne til enhver maskine, der udnyttede ildens drivkraft. De udviklede en ny og forbedret version. Den kunne levere op til 12 slag pr. minut; ved hvert slag kunne maskinen suge 40 liter vand op fra en 45 m dyb mineskakt. Newcomens dampmaskine havde stor succes til 1769, hvor en ny spiller kom på banen: den skotske instrumentmager James Watt.

James Watts interesse for dampmaskiner begyndte, da han var ganske ung. Han havde flere gange udført forsøg for at forbedre Saverys maskine, men måtte 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 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. Watts maskine var et kæmpe skridt inden for udvikling af dampmaskiner, da den fungerede meget bedre end konkurrenternes. Da det senere lykkedes ham at forbedre den yderligere, førte det til ny standard inden for industrien. I den nye model blev det 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 førte til bl.a. damplokomotivet. Før opfindelsen af dampmaskinen foregik al transport på landjorden vha. heste. Nu, hvor det var muligt at omsætte energien fra dampmaskinen til roterende bevægelse, var det kun spørgsmål om tid, før man fik tanken at bygge noget, som kørte ved dampkraft. Selv om roterende bevægelse vha. damp var opfundet i 1760, gik der en del år, før andre opfindere måtte eksperimentere med det, da Watt havde patentet.

Teknologien bag dampmaskinen[redigér | redigér wikikode]

Dampmaskinen blev udviklet i 1700-tallet på baggrund af viden om, at vandet udvides, når det bliver omdannet til damp.

Generelt om vanddamp: Når man tilfører varme til vandet, så begynder de frie mellemrum mellem molekylerne at udvide sig, og derfor fylder dampen mere (fordampning). Omvendt, hvis man lader dampen afkøle, så begynder den at kondenseres til vand, og derved sker en formindskelse af rumfanget (fortætning).

Når denne passive sammentrækning (passiv fraførsel af vanddamp) - og udvidelse (tilførsel af vanddamp) foregår i en lukket cylinder, så kan man få et stempel til at gå op og ned. Hvis stemplet forbindes med en pumpestang, kan den trække i en pumpestang, og man kan også lave energien om til en 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.

Vanddampen under tryk kommer typisk via rør fra en lukket kedel. Kedlen kan kun klare et vist tryk. Hvis kedlens tryk bliver for stort, eksploderer den. Derfor har den en sikringsventil, som lukker op ved for stort tryk. Det er kedelpasserens opgave at dosere den rette mængde brændsel under kedlen, så vanddampen i kedlen har det rette tryk - og efterfylde kedlen med ferskvand. Kedlen fungerer som damplager.

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 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 udviklede Newcome en ny dampmaskine efter flere års arbejde. Hans maskine var bedre på en lang række punkter end Saverys dampmaskine. Et af dem var, at faren for kedeleksplosioner var løst og energispildet formindsket, idet dampen ikke kom i direkte kontakt med det kolde vand fra minen. Princippet bag hans maskine var 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, trykket i cylinderen faldt, og atmosfærens tryk på stemplets overside trykkede den nedad med stor kraft. Atmosfæretrykket var stor nok til, at 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 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 vigtigste ved Watts maskine, var at den var i stand til at omsætte kemisk 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, selv om 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. Dampmaskinen vendte tidligere tiders langsomme produktion til en kæmpe fremgang. Det skyldtes, at de tidligere kraftkilder som hestegang og vandhjul i fabrikker, ikke gav så meget energi fra sig som en dampmaskine, plus at produktionen ikke skulle være i nærheden af vandhjul eller 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 skabte 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]

Selv om opfindelsen af dampmaskinen har ført meget positivt med sig, så har den også haft en række negative sider. Bl.a. har opfindelsen 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 damturbiner, jetmotorer og forbrændingsmotorer anvender kul, olie og naturgas: fossile energikilder. Afbrænding af dem øger indholdet af CO2 i atmosfæren, og det medfører, at jordens temperatur stiger. Konsekvenserne er klimaforandringer og afsmeltning af isen ved jordens poler. Dampmaskinen og dens efterkommere var grundlaget for vores enorme velstand, men brugen af dem har en uoverskuelige konsekvenser.

Sammenfatning[redigér | redigér wikikode]

Selv om 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 er blandt de mest betydningsfulde teknologier i menneskehedens historie.

Kilder/referencer[redigér | redigér wikikode]

Se også[redigér | redigér wikikode]

  • Dampturbine - det "brugte" damp fra dampturbinen fortættes til flydende vand og genbruges.

Eksterne henvisninger[redigér | redigér wikikode]

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