Ingpen, Robert et al.: Találmányok enciklopédiája. Az emberiség történetének legjelentősebb találmányai és felfedezései (Budapest, 1996)
A természet ereje
A GŐZGÉP A gőz ősidők óta izgatta a feltalálók fantáziáját, de hasznosítása csak több ember ötletei alapján vált lehetségessé Szinte mindenki ismeri azt a történetet, hogy a fiatal James Watt szülei skóciai konyhájában üldögélt, és megbűvölve figyelte a teáskanna tetejét emelgető gőzt, majd egvcsapásra megszületett agyában a gőzgép ötlete, s megkezdődhetett az ipari forradalom. Ebből persze egy szó sem igaz. Nem is Watt találta fel a gőzgépet, ő csupán továbbfejlesztett egy meglévő találmányt. Az viszont meglepő, hogy már Watt ideje előtt milyen sokan is akadtak olyanok, akiket elgondolkoztatott a fazekakból és kannákból felszálló gőz, s akiknek feltűnt a gőz ereje. Az első olyan feltaláló, aki papírra vetette ezzel kapcsolatos gondolatait, az alexandriai Hérón volt. A valamikor a Kr.e. II. és a Kr.u. III. század közötti időszakban élt Hérón nevéhez fűződik az aelopil nevű szerkezet feltalálása. Ez egy gőz hajtotta forgó fémgömb volt, amelyet a gyakorlatban ugyan semmire nem lehetett felhasználni, viszont jól tükrözi, milyen régi keletű az emberiség gőzenergia iránti érdeklődése. Hérón nyomdokait más elméleti tudósok is követték. Többen közülük a reneszánsz korban éltek, s külön említést érdemel Giovanni Branca (1571-1640), aki - sikertelen - gőzhajtású berendezést tervezett a fémércek olvasztás előtti zúzására. Az elmélet fejlődése Alexandriai Hérón, Giovanni Branca és társaik a sötétben tapogatóztak, hiszen valójában azt sem tudták, mi a gőz, és a gázok alapvető tulajdonságait sem ismerték. E tudás nélkül nem lehetett a gőz erejét hatékonyan hasznosító gépet szerkeszteni. A gázok tulajdonságait elsőként felismerő tudósok közé tartozott a francia Denis Papin, aki a XVII. század végén fontos kutatásokat végzett a gázokkal és a vákuummal kapcsolatosan, s emellett feltalálta a kuktafazekat is. Papinnek voltak elképzelései arról, hogy an lehetne a gyárak gépeit hajtó gőzgépeket tervezni, leghíresebb találmánya azonban az a gőzgép volt, amely pártfogója, Hesse hercege birtokán a szökőkutakat működtette. A berendezés jól működött, csakhogy a csövek állandóan szétrepedtek a nagy' nyomás miatt. 108 A szivattyú mérnökei Papinnel nagyjából egy időben dolgozott az angol Thomas Savery is, aki gőzhajtású vízszivattyú megalkotásával próbálkozott. Az ő berendezését a gyakorlatban is hasznosíthatták. A felszín közeli szénrétegek kimerülése miatt a bányatulajdonosok egyre mélyebbre fúratták az aknákat. Minél mélyebbre jutottak azonban, annál nagy obb problémát jelentett a járatokat elöntő víz. Savery7 ezért arra keresett megoldást, hogy an szivattyúzhatná ki a szénbány ákból a vizet. A comwalli ónbányákban hasonló nehézségekkel küszködtek, ezért nem is véletlen, hogy7 mind Thomas Savery7, mind az őt követő Thomas Newcomen Anglia délnyugati részéről származtak. Thomas Savery gőzgépe, a „Bányászok Barátja” egy indukált vákuum és nagynyomású gőz felválti'a történő alkalmazásával működő szivattyú volt. Az ábrán azzal a csővezetékkel együtt látható, amely a víznek a bányából való kiszippantására szolgált. Savery7 1698-ban szabadalmaztatta a „Bányászok Barátja” névre keresztelt szivattyúját. A szerkezet kazánja egy' 50 gallonos (190 literes) tartályt töltött meg gőzzel. Amikor a gőzt lehűtötték (a tartály falára vizet locsoltak), odabenn részleges vákuum keletkezett, amely az aknákból a tartályba szippantotta a vizet. A következő gőz-befecskendezéskor keletkező túlnyomás aztán még magasabbra nyomta fel a folyadékot. Savery' szerkezete meglehetősen korlátozott képességű volt: a vizet csupán hat méterrel tudta magasabbra továbbítani. Az, hogy egyáltalán működött, legalább anynyira volt köszönhető a légköri nyomásnak, mint a gőz erejének. Nagyobb sikert is aratott a nagy' házakban, mint a bányákban. Az a mérnök, akinek sikerült megtennie a gőzgép fejlesztésének következő, nagy7 fontosságú lépését, Thomas Newcomen volt. Az ő berendezésében a hengert a belső oldalára adagolt vízpermet hűtötte le, s dugattyút is elhelyezett benne, így7 találmánya már valódi dugattyús motor volt. Nehéz volt, lassan működött és rossz hatásfokkal, de jól volt megépítve, oly'an nagy' pontossággal, amire a kor fémművesei csak képesek lehettek. Ráadásul biztonságosabb is volt az előző berendezésnél, mivel alacsonyabb gőznyomáson üzemelt. Nagy szénfogyasztása miatt a comwalli ónbányászok - akik számára készült - nem találták használhatónak, hiszen működtetéséhez rengeteg szenet kellett volna hozatniuk a tengeren át. A szénbányászok azonban alkalmazni kezdték Newcomen gépét, amely a XVIII. században egészen mindennapos látvánnyá vált Észak-Angliában. Mi volt Watt érdeme? Newcomen munkája már önmagában is elegendő lett volna az ipari forradalom megindításához. Gépeinek köszönhetően a mélyebb rétegekből több szenet bányászhattak, és ez a többlet-tüzelőanyag volt az ipari termelőkapacitás növekedésének kulcsa. James Watt azonban, aki eleinte a glasgowi egyetemen készített kísérleti eszközöket, még nagyobb hatásúvá tette a gőzgépet.
