История

4. Вильгельма Рихман (1711– 1753 гг.) – физик. Родился в Лифлян-

дии в городе Пернове, где его отец, бывший шведский рентмейстер в Дер-

пте, укрывался во время войны со Швецией. Получил хорошее образо-

вание,училсявГермании,вГаллеиЙене. В начале 1730-х гг. Рихман вер-

нулся в Петербург как воспитатель детей в семье графа Остермана, где обучал будущего вице-канцлера Ивана Остермана и будущего Мос-

ковскогогубернатораФедораОстермана.

В1735 г. он был принят в студенты Академии Наук по классу физики, мог посещать заседания Конференции Академии. В 1740 г. стал адъюнктом Академии при физических классах, а через год за научную деятельность был принят профессором.

ВАкадемии Рихман вел преподавательскую деятельность, читал лекции по физике и математике. С 1745 г. он вплотную занялся электричеством, проводил физические опытами с электричеством, был удостоен чести демонстрировать их при дворе в особой комнате.

После получения данных об опытах Б. Франклина Рихман приступил к опытам с атмосферным электричеством. На крыше дома, в котором он жил, был установлен простой электроскоп – железный изолированный шест, от которого

водну из комнат квартиры была проведена проволока. К концу проволоки подвешивались железная линейка и шелковая нить. Рихман измерял силу атмо-

сферного электричества отклонением нити от линейки при их заряжении действием электричества. Для измерения отклонения он употребил квадрант. Данные об опытах Рихмана над атмосферным электричеством публиковались в «Петербургских Ведомостях».

Во время одного из опытов Рихман погиб от шаровой молнии.

Работы Рифмана по физике посвящены, преимущественно, вопросам теп-

лоты и электричества. Именно Рихман положил начало изучению электричества в России. Он впервые ввел в науку об электричестве количественные изме-

рения. В 1744 г. он вывел и проверил на опыте формулу для определения температуры смеси однородных жидкостей, экспериментально исследовал влияние

40

температуры, формы и поверхности тел и скорости движения охлаждающей среды на теплообмен. Рихман обосновал закон охлаждения тел, обратив внимание на процесс теплообмена при нестационарных условиях. Он изучал процес-

сы испарения в зависимости от состояния среды, температуры и других факторов; создал приборы для нужд метеорологии, гидрологии и термометрии. Рих-

ман впервые построил в 1745 г. абсолютный электрометр на принципе весов, в 1748–1751 гг. он открыл явление электростатической индукции.

СЕМИНАР 6. Классическая наука и техника в условиях

«промышленной революции» (XIX в.).

1.Развитие инженерного образования и новые принципы организации научных исследований.

2.Тепловые машины.

3.Техника и технологии, применяемые на производстве.

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

1. При ответе на данный вопрос покажите, что потребность в инженерах возросла под влиянием научно-технической революции, что привело к открытию новых высших инженерно-технических учебных заведений во многих странах мира. Обратите внимание на национальные особенности инженерного образования.

Подчеркните, что образцом для технических школ начала XIX в. была учрежденная в 1794 г. в Париже Центральная школа общественных работ (с 1975 г. – Политехническая школа), отбор в которую осуществлялся по строгим правилам, а обучение длилось два года (также включало предварительную и последующую ступени) и являлось единственным путем, ведущим к занятию высших технических государственных постов. Укажите, что вначале школа предназначалась для подготовки и воспитания офицеров французской революционной армии, а позже - армии Наполеона. В образовании отмечался математический уклон (изучались чистый анализ, приложение анали-

за к геометрии, механика, начертательная геометрия, черчение). Пре-

41

подавателями являлись лучшие математики Франции (Лагранж,Фурье, Кошиидругие),скоторымизаключалсяконтракткакнапреподавательскую,так инаисследовательскуюдеятельность.

Покажите, что в России в начале века ценились и имели покровительство имперской власти учебные заведения, готовившие чиновников, военных, духовенство, в том числе Александровский лицей, Училище правоведения, Кадетский морской корпус. Однако экономические потребности, ход промышленного переворота требовали открытия специализированных технических вузов, всесословного доступа в них. Появились Петербургский электротехнический институт (1898 г.), Киевский и Варшавский политехнические институты (1898 г.), всего в XIX в. действовали 15 высших инженернотехнических учебных заведений. Постепенно складывалась российская школа подготовки инженеров, получившая название «русского метода», а позднее «физтеха», которую отличали: усиленный объем естественных знаний и социальных аспектов инженерного обучения; расширение форм профессиональной подготовки в направлении более углубленного изучения возможностей применения теоретических законов к потребностям производства; политехнизация образования; наличие междисциплинарных курсов на стыке специальных, гуманитарных, социально-экономических дисциплин; включение в образование различных гуманитарных дисциплин. В результате выпускники высших технических учебных заведений обладали значительным объемом информации по вопросам организации производства, экономическими и правовыми знаниями, необходимыми для инженерной деятельности. К обучению студентов привлекался квалифицированный профессорско-преподавательский состав в составе ученых, являвшихся в том числе новаторами инженерных наук (И.А. Вышнеградский, С.П. Тимошенко, Н.Е. Жуковский и другие).

Отметьте, что особенностями подготовки технических кадров в США (первые высшие технические учебные заведения - Бруклинский политехнический институт, высшие сельскохозяйственные школы,

42

Массачусетский технологический институт) являлись: короткий срок обучения (3 года), пренебрежение к естественным наукам и математике по сравнению с гуманитарными; акцент был сделан на подготовкулишьнаучнойэлиты;прагматизм;правосвободноговыбораспецдисциплин.

Укажите, что в Великобритании развитие высшего технического образования началось с середины XIX в. (институт инженеровмехаников, институт морских архитекторов, институт инженеровэлектриков и другие). Его особенностями являлись: подготовка инженера на основе 2-летнего обучения в высшем техническом учебном заведении с последующим годом практики, получением звания бакалавра и, по желанию, еще 3-летним обучением для получение звания бакалавра инженерных наук; или альтернативный вариант - работа после школы на производстве (в строительстве, на транспорте) с одновременным получением теоретической подготовки в вечерней или воскресной школе, что давало право поступить в техническое общество и после обучения в нем получить диплом на звание инженера.

Подчеркните, что в XIX в. происходило формирование системы отечественного и международного общения и взаимодействия в инженерной сфере, связанное с возникновением научно-технической периодики, созданием научно-технических организаций и обществ, проведением внутригосударственных и международных выставок, конференций, съездов, созданием при фирмах исследовательских комиссийилабораторий,государственнойподдержкойнаучныхразработок.

2. При ответе на данный вопрос выделите разновидности тепловых машин, покажите, кем и когда они были созданы, область применения и основы принципа действия:

–Укажите, что к концу XIX в. были разработаны практически все конструктивные формы паровых поршневых двигателей.

–С 1880–1890 гг. паровые машины стали использовать в качестве двигателей электрогенераторов электрических станций, но технические возможности паровой машины не соответствовали потребностям, возникшим в конце XIX в. в связи со строительством электро-

43

станций, и могли быть удовлетворены только после создания нового теплового двигателя - паровой турбины.

–Отметьте, что активную паровую турбину (1883–1889 гг.) изобрел Г. де Лаваль (1845–1913 г.), планировавший применить ее в молочном деле для вращения сепараторов, а Ч.О. Парсонс (1854– 1931 гг.) изобрел реактивную многоступенчатую паровую турбину (1884–1885 гг.), на основе совершенствования которой в 1894 г. создал новый образец реактивной турбины (с использованием и активного, и реактивного принципов действия), ставший основным типом паровых турбин конца XIX в. Паровая турбина могла использоваться

впромышленных целях для машин с высокой скорость вращения (дисковых пил, центрифуг, вентиляторов, центробежных насосов, сепараторов, электрических генераторов).

–Акцентируйте внимание на том, что с возрастанием мощности паровых двигателей потребовалось увеличить количества пара, производимого паровым котлом в час, а для роста КПД двигателя было необходимо повысить давление пара, что вызвало развитие котлостроения, совершенствование котлоагрегатов. К концу XIX в. были разработаны парогенераторы, позволяющие иметь паропроизводительность до сотен тонн пара в час, конструкции горизонтального водотрубного и вертикального водотрубного котлов. В частности, первый горизонтальный водотрубный паровой котел системы В.Г.Шухова с площадью поверхности нагрева 535 квадратных футов был изготовлен в 1890 г. для фирмы «Грачев В. и К°». Производительность таких котлов к концу века составляла более 20 тонн пара в час. Информацию о деятельности российского конструктора смотрите в дополнительном материале.

–Поясните, что стремление устранить из тепловой конструкции котел привело изобретателей к использованию в качестве рабочего тела теплосиловых установок воздуха. В 1872 г. инженер Штольд запатентовал в Германии газовую турбину, но из-за низкого КПД турбины проект не был реализован. Первая попытка не только создания,

44

но и практического применения газовой турбины принадлежит инже- неру-механику русского флота П.Д. Кузьминскому (1840–1900 гг.). В 1897 г. он построил небольшую радиальную газовую турбину, но смерть изобретателя не позволила закончить начатую работу.

– Рассмотрите историю создания двигателя внутреннего сгорания. Обратите внимание, что первый хотя и не совершенный (двухтактный) двигатель внутреннего сгорания был создан в 1860 г. инженером Э. Ленуаром. Принцип четырехтактного двигателя внутреннего сгорания, в котором горючая смесь перед воспламенением подвергалась предварительному сжатию, был высказан в 1862 г. инженером А. Бо де Роша в рукописной брошюре, а практически эту идею применил конструктор Н. Отто, создавший в 1877 г. новый тип газового двигателя, топливом для которого служил газ, получаемый путем простой перегонки антрацита и кокса. В 1885 г. конструктор Б.Г. Луцкой (Луцкий) разработал и изготовил четырехтактный многоцилиндровый двигатель внутреннего сгорания. А в середине 1880-х

гг. изобретатели Г. Даймлер (1834–1900 гг.) и К.-Ф. Бенц (1844– 1929 гг.) создали типы двигателей внутреннего сгорания, работающих на бензине, и применили их на безрельсовом транспорте. В конце 1880-х гг. проект бензинового двигателя с карбюратором мощностью 80 л. с. разработал О.С. Костович (1851–1916 гг.) и предложил применять этот двигатель для дирижабля. В 1896–1897 гг. инженер Р.Дизель(1858–1913гг.)создалновыйтипдвигателявнутреннегосгораниясса- мовоспламенениемотсжатия,рассчитанныйнатяжелоежидкоетопливо.

Подчеркните, что русские изобретатели усовершенствовали дизельные двигатели: Б.Г. Луцкой проектировал и строил многоцилиндровые автомобильные, авиационные, судовые, лодочные двигатели; Г.В. Тринклер в 1898 г. создал бескомпрессорный двигатель внутреннего сгорания; Р.А. Корейво в 1910 г. сконструировал дизельный двигатель с противоположно движущимися поршнями и передачей на два вал, а А.Г. Уфимцев разработал двухцилиндровый двигатель, а в 1910г.–шестицилиндровыйкарбюраторныйдвигательдлясамолетов.

45

3. В данном вопросе рассмотрите использование технических новинок в различных отраслях производственной деятельности.

–в Типографско-издательской производстве инженер Рутт предложил использование стереотипной машины, М. Невьяловым был внедрен механизированный процесс изготовления матриц для отливки литер типографского шрифта.

–В строительстве стали использоваться новые материалы. В 1824 г. Д. Аспдин запатентовал химический процесс производства портландцемента, позволивший получать бетон, используемый, в том числе для строительства подводных тоннелей и системы канализации. В 1856 г. Г. Бессемером был предложен новый процесс получения литой стали – бессемерование чугуна (передел жидкого чугуна в сталь без затраты топлива), удовлетворявший растущим потребностям в судостроении, машиностроении, железнодорожном строительстве. Внедрение бессемеровского процесса началось на уральских заводах Нижнеисетском, Сысертском и других, а в начале 1870-х гг. металлурги Д.К. Чернов на Обуховском заводе и К.П. Поленов на Нижнесалдинском заводе разработали русское бессемерование – особый способ передела малокремнистых чугунов в бессемеровском конвертере. В 1856 г. Ф. Сименс предложил использовать принцип регенерации тепла отходящих газов для повышения температуры в рабочем пространстве плавильных печей, а в 1864 г. П. Мартен построил и ввел в эксплуатацию первую регенеративную отражательную печь для плавки литой стали. Ее конструкция совершенствовалась в 1880–1890-е гг. Франции на заводах Крёзо и Тернуар, в России на Александровском заводе в Петербурге, а в 1894 г. металлурги А.М. и Ю.М. Горяиновы разработали и применили технологию мартеновской плавки на жидком чугуне Александровском заводе в Ека-

теринославе. В 1878 г. С.Дж. Томасом было предложено томасирование чугуна (передел жидкого чугуна в сталь без затраты топлива), удешевлявшее производство стали. Идеи организации

46

передела железного лома и чугуна в сталь на поду пламенной печи высказывались неоднократно.

–Развитию нефтепереработки содействовала созданная и запатентованная инженером В.Г. Шуховым и С.П. Гавриловым первая в мире экспериментальная промышленная установка непрерывного термического крекинга нефти (патент Российской империи № 12926 от 27 ноября 1891 года).

–В строительстве стали использоваться перфораторы молоткового типа. В 1897 г. Г. Лейнер создал портативный молотковый перфоратор, заменивший поршневый. Конструкция использовалась при проходке тоннелей и при работах в шахтах и на рудниках. Первые машины для бурения с гидравлическим приводом были созданы Брандтом в 1864 г. и применялись при сооружении тоннелей и на рудниках.

–Изобретение нескольких механизмов, используемых до современности связано с именем Джеймса Несмита. В 1839 г. он изобрел

ив 1842 г. запатентовал паровой молот, в период 1829–1831 гг. – фрезерный станок с индексацией крепления, усовершенствовал гидравлический пресс.

На производстве появились металлорежущие станки, прокатные станы (первые – с 1820-х гг. в Англии, а первый броневой прокатный стан был сконструирован в 1859 г. русским механиком В.С. Пятовым), гидромеханические установки, электропечи.

Индивидуальные задания.

Подготовка сообщений:

1.Военная техника.

2.Паровоз и пароход.

3.Зарождение авиации.

4.Телеграфия и телефония.

5.Автомобилестроение.

ЗАДАНИЯ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ

47

1. Соотнесите имя изобретателя и историческую справку о нем: