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.

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.