Введение
Эта хронология технологии тепловых двигателей описывает, как тепловые двигатели были известны с древних времен, но с XVII века они стали все более полезными устройствами по мере углубления понимания лежащих в основе процессов. Тепловой двигатель – это любая система, преобразующая тепло в механическую энергию, которую затем можно использовать для совершения механической работы. Разработка тепловых двигателей продолжается и сегодня. В инженерной практике и термодинамике тепловой двигатель осуществляет преобразование тепловой энергии в механическую работу, используя разницу температур между горячим "источником" и холодным "поглотителем". Тепло передается от источника к поглотителю, и в этом процессе часть тепла преобразуется в работу. Тепловой насос – это тепловой двигатель, работающий в обратном режиме. Для создания разницы температур используется работа. В данной хронологии представлены устройства, классифицируемые как двигатели и насосы, а также отмечены значительные этапы в развитии понимания этих технологий человеком.
This timeline of heat engine technology describes how heat engines have been known since antiquity but have been made into increasingly useful devices since the 17th century as a better understanding of the processes involved was gained. A heat engine is any system that converts heat to mechanical energy, which can then be used to do mechanical work. They continue to be developed today. In engineering and thermodynamics, a heat engine performs the conversion of heat energy to mechanical work by exploiting the temperature gradient between a hot "source" and a cold "sink". Heat is transferred to the sink from the source, and in this process some of the heat is converted into work. A heat pump is a heat engine run in reverse. Work is used to create a heat differential. The timeline includes devices classed as both engines and pumps, as well as identifying significant leaps in human understanding.
До XVII века
Доистория – Огненный поршень, используемый племенами Юго-Восточной Азии и островами Тихого океана для добывания огня. ок. 450 г. до н.э. – Архитас из Тарента использовал струю пара для приведения в движение игрушечной деревянной птицы, подвешенной на проволоке. ок. 50 г. н.э. – Двигатель Герона Александрийского, также известный как Эолипил. Демонстрирует вращательное движение, создаваемое реактивной силой струи пара. ок. X века – В Китае разработаны первые огненные копья, представлявшие собой оружие, похожее на копье, сочетающее бамбуковую трубку с порохом и осколочными снарядами, привязанными к древку копья. ок. XII века – Китай, самое раннее изображение пушки с металлическим корпусом и плотно прилегающим снарядом, максимизирующим преобразование энергии горячих газов в поступательное движение. 1125 г. – Герберт, профессор в школах Реймса, спроектировал и построил орган, работающий от воздуха, выходящего из сосуда, в котором он сжимался нагретой водой. 1232 г. – Первое зафиксированное применение ракеты в битве между китайцами и монголами. (см. Хронологию развития ракетной и ракетной техники для обзора эволюции ракет во времени.) ок. 1500 г. – Леонардо да Винчи строит Архитоннер, паровую пушку. 1543 г. – Бласко де Гарай, испанский морской офицер, демонстрирует лодку, движущуюся без весел или парусов, использующую реактивную силу струи, выходящей из большого кипящего котла с водой.
17 век
1629 – Джованни Бранка демонстрирует паровую турбину. 1662 – Роберт Бойл публикует закон Бойля, определяющий зависимость между объемом и давлением газа при постоянной температуре. 1665 – Эдвард Сомерсет, второй маркиз Ворчестерский, строит действующий паровой фонтан. 1680 – Кристиан Гюйгенс публикует конструкцию поршневого двигателя, работающего на порохе, но она так и не была реализована. 1690 – Денис Папин разрабатывает проект первого поршневого парового двигателя. 1698 – Томас Сэвери строит паровой насос без поршня для откачки воды из шахт.
18 век
1707 – Денис Папин – создает конструкцию своего второго поршневого парового двигателя совместно с Готфридом Лейбницем. 1712 – Томас Ньюкомен строит первый коммерчески успешный поршневой и цилиндрический паровой водяной насос для откачки воды из шахт. Он известен как атмосферный двигатель и работает за счет конденсации пара в цилиндре, создавая вакуум, который перемещает поршень атмосферным давлением. 1748 – Уильям Каллен демонстрирует первое искусственное охлаждение на публичной лекции в Университете Глазго в Шотландии. 1759 – Джон Харрисон использует биметаллическую полосу в своем третьем морском хронометре (H3) для компенсации изменений в спиральной пружине баланса, вызванных температурой. Это преобразует тепловое расширение и сжатие двух различных твердых тел в механическую работу. 1769 – Джеймс Уотт патентует свой первый усовершенствованный атмосферный паровой двигатель, см. паровой двигатель Уотта с отдельным конденсатором вне цилиндра, что удвоило эффективность более ранних двигателей. 1787 – Жак Шарль формулирует закон Шарля, описывающий зависимость между объемом газа и температурой. Однако он не публикует его, и он не был признан до тех пор, пока Жозеф Луи Гей-Люссак не разработал и не сослался на него в 1802 году. 1791 – Джон Барбер патентует идею газовой турбины. 1799 – Ричард Тревитик строит первый паровой двигатель высокого давления. В нем использовалась сила давления пара для перемещения поршня.
21 век
2011 – Шоичи Тоябе и другие демонстрируют рабочий двигатель Шиларда с использованием фазово-контрастного микроскопа, оснащенного высокоскоростной камерой, подключенной к компьютеру. 2011 – Университет штата Мичиган создает первый двигатель с волновым диском. Двигатель внутреннего сгорания, в котором отказались от поршней, коленчатого вала и клапанов, заменив их генератором ударной волны дисковой формы. 2019 – Роберто Серра и другие исследователи из Университетов Ватерлоо, Федерального университета ABC и Бразильского центра физических исследований демонстрируют рабочий квантовый тепловой двигатель, основанный на системе спина 1/2 и методах ядерного магнитного резонанса. 2020 – Инженеры из Лаборатории передовых устройств RIKEN демонстрируют наноразмерное устройство, которое может функционировать как тепловой двигатель или холодильник, используя квантовые эффекты.