Как вы думаете, кто был самым богатым, самым обеспеченным человеком в нашей стране триста лет назад? Ну конечно московский царь — «государь и повелитель всея Руси». И, разумеется, условия жизни у него были гораздо лучше, чем у любого из его подданных.
А ведь по существу жил московский царь плохо! Комнаты в его дворце были низкие, душные, темные. Узкие окна пропускали совсем мало света. Вечером царские покои освещались восковыми свечами и масляными лампами; они коптили и чадили, а света давали немного. Не было в царском жилище ни газа, ни электричества, ни водопровода, ни ванной, ни лифта, ни холодильника.
Царь не получал телеграмм, не читал газет и журналов, не пользовался телефоном, радиоприемником и телевизором. Он никогда не видел кинофильма, не ездил в автомобиле, в поезде, на пароходе или в метро, не летал на самолете. Носил он тяжелую и неудобную одежду. Питался сытно, но однообразно, не знал ни кофе, ни чая, ни сахара, ни мороженого, ни даже... картофеля.
Каждый из нас, рядовых граждан СССР, живет неизмеримо лучше.
Могучая техника наших дней помогает людям во всех областях повседневной жизни. Мы так привыкли к технике, что порой не замечаем ее чудес, не задумываемся, откуда берутся окружающие нас предметы, кто и как создает их, давно ли они появились у людей.
Мы живем в мире техники. Могучие машины добывают из недр земли миллионы тонн угля, руды, нефти. Мощные электростанции вырабатывают миллиарды киловатт-часов электроэнергии. Тысячи фабрик и заводов изготовляют одежду и обувь, радиоприемники и телевизоры, велосипеды и автомобили, часы и электроприборы, иголки и железнодорожные вагоны, фарфоровую и стеклянную посуду, резиновые шины и галоши, карандаши и тетради, мебель и даже целые дома. Типографии печатают книги, газеты, журналы. Телеграф, телефон и радио соединяют нас со всем миром. Поезда, теплоходы, автомобили, самолеты и вертолеты с большой быстротой переносят нас через материки и океаны. А высоко над нами, за пределами земной атмосферы, прокладывают первые тропки в космосе советские ракеты и искусственные спутники Земли.
|
|
Все эти чудеса созданы человеком, его пытливым творческим разумом, его терпеливым и вдохновенным трудом.
В основе всей истории развития человеческого общества на протяжении многих веков и тысячелетий лежит труд. Благодаря способности к труду человек выделился из числа других представителей животного мира; он стал хозяином Земли, царем природы, творцом и создателем всех чудес современной техники.
Что мы понимаем под словом «техника»? Древние греки словом «тэхнэ» называли мастерство, умение людей. Мы и сейчас употребляем слово «техника» в этом смысле, когда говорим о «технике» пианиста или боксера, певца или конькобежца.
Однако в наше время слово «техника» относится не только к личному умению исполнителей, но и к создаваемым людьми средствам труда. Техника — это также совокупность средств труда, находящихся в распоряжении общества.
А что такое средства труда? Это прежде всего орудия труда, от качества которых зависят его результаты. Так, возделывать землю голыми руками невозможно, сохой — долго и трудно. А современный мощный трактор помогает человеку за короткий срок освоить сотни и тысячи гектаров пахотной земли.
|
|
Однако даже самого лучшего орудия еще недостаточно, чтобы труд человека был успешным. Нельзя работать в темноте. Трактор не действует без топлива. Заводские станки неподвижны без приводящей их в движение электроэнергии, а тепловая электростанция не выработает ее без горючего. Значит, нужны уголь, нефть, электроэнергия, нужны угольные шахты, нефтяные разработки, электростанции, транспорт, мосты, дороги, подъемники и многие другие устройства.
Но всегда ли техника была такой могучей, такой всеобъемлющей, как сейчас? Ведь еще совсем недавно люди почти не знали техники в современном ее значении, не пользовались ее благами. Ну а еще раньше, на заре человеческого общества?
Человек начал свое развитие с присвоения готовых продуктов природы. Уже на самом первом этапе своего развития люди отличались от животных тем, что вместо естественных орудий — зубов и когтей — стали применять первые искусственные орудия. Они как бы удлиняли руку человека — например, палка или копье, как бы усиливали ее — например, молот или топор.
Длительное пользование тем или иным орудием развивало руку. А одновременно развивался и мозг человека, и орудия первобытных людей постепенно совершенствовались.
Применение и непрерывное совершенствование орудий научило человека не только брать, присваивать готовый продукт, но и воздействовать на природу, чтобы получить от нее больше продуктов. Люди стали возделывать землю, сеять хлеб, приручать и разводить животных, т. е. заниматься земледелием и скотоводством. А это занятие, обеспечивавшее человеку более надежные и постоянные средства существования, в свою очередь позволило отдельным людям перейти к производству из природного сырья продуктов, не существующих в природе в готовом виде: орудий труда, одежды, обуви, посуды, украшений, тканей и т. п.
|
|
С развитием производства начинают складываться условия для возникновения и развития машин. Сначала машины, как и орудия, лишь помогали человеку в его труде. Затем они начали постепенно заменять его.
Трудовой процесс у человека складывается из совершенно разных по своему характеру и содержанию действий. Грузчик несет груз; это транспортный процесс, который может выполнять за человека транспортная машина. Рабочий вращает рукоятку насоса, пресса, станка и т. п. — это энергетический процесс, который может быть поручен двигателю, т. е. энергетической машине. Слесарь или кузнец обрабатывает металл, опиливая его напильником или изменяя его форму с помощью молота, — это технологический процесс, который можно передать технологическим машинам: металлорежущему станку или механическому молоту.
Машины выполняют эти процессы, а человек контролирует их. Но это — активный контроль. Человек не только наблюдает, как протекает процесс производства, но и направляет его. Однако и эту работу можно передать машине. Существует множество контрольно-управляющих машин, автоматически регулирующих самые разнообразные и сложные трудовые процессы.
И, наконец, любая работа требует осмысливания, логического процесса со стороны человека. Оказывается, что в наше время в технике целый ряд логических операций (подсчет, запоминание, отбор и т. п.) можно поручать так называемым счетно-решающим машинам.
Машина, заменяющая человека при выполнении того или иного трудового процесса, не только облегчает труд человека, освобождая его от тяжелой, утомительной и однообразной работы. Она делает эту работу быстрее и лучше человека. Поэтому машины — это средство повышения производительности труда.
| От орудий первобытного человека | Промышленный переворот | 
|
Промышленный переворот
Промышленный переворот начался с изобретения текстильных (прядильных и ткацких) машин. Они уже не только помогали рабочему, но и полностью заменяли его. При этом машины работали во много раз быстрее людей, и такая замена ручного труда машинами сразу резко увеличила выработку пряжи и тканей.
Начавшись в текстильном производстве, промышленный переворот быстро распространился и на другие отрасли промышленности. Возник вопрос: кто же или что же будет приводить в действие все множество новых машин?
Ведь паровая машина приспособлена главным образом для откачки воды. Выход был только один: сделать паровой двигатель универсальным, способным приводить в действие самые разнообразные машины.
|
| Паровоз Стефенсона «Ракета» (1829). |
Немало изобретателей работало над этой проблемой. Наибольших успехов достиг англичанин Джемс Уатт. Двигатель его, построенный в 1784 г., оказался наиболее экономичным и эффективным.
В ходе промышленного переворота возникло машинное производство, т. е. производство с применением машин. Одновременно с ним возникло и машиностроение, т. е. изготовление в фабричных условиях машин для всех отраслей техники и машин для заводов, изготовляющих машины.
Универсальный паровой двигатель приводил в движение многочисленные машины и станки на фабриках и заводах. Количество производимых ими товаров непрерывно увеличивалось.
Рост продукции, достигнутый при машинном производстве, поставил новые задачи перед транспортом: ни лошади, ни парусные суда не в состоянии были справиться с перевозкой огромного количества грузов. И эти новые задачи были решены опять-таки при помощи парового двигателя. В начале XlX в. были изобретены первые сухопутные паровые транспортные машины — паровозы. Среди них наиболее удачным оказался паровоз английского изобретателя Джорджа Стефенсона. В России первыми строителями паровозов были отец и сын Черепановы. Несколько раньше, чем Стефенсон создал паровоз, американец Фультон построил первый пароход.
Но паровые машины были сложными, громоздкими и дорогими установками. Бурно развивающемуся механическому транспорту нужен был другой двигатель — небольшой и дешевый, сжигающий топливо в самом цилиндре. Созданием такого двигателя, получившего название двигателя внутреннего сгорания, стали заниматься в середине XIX в. десятки изобретателей.
В 1860 г. француз Ленуар, использовав конструктивные элементы паровой машины, газовое топливо и электрическую искру для зажигания, сконструировал первый нашедший практическое применение двигатель внутреннего сгорания. Другие изобретатели усовершенствовали конструкцию Ленуара.
В 1884 г. английский изобретатель Парсонс сконструировал многоступенчатую паровую реактивную турбину и затем в течение ряда лет работал над ее усовершенствованием.
В 1889 г. шведский инженер Лаваль построил паровую турбину, которая сыграла большую роль в истории развития турбостроения.
В 1897 г. немецкий инженер Рудольф Дизель создал высокоэкономичный двигатель, получивший в первом десятилетии XX в. значительное распространение.
|
| «Елизавета» — первый пароход, построенный в России (1815). |
Одновременно с развитием технологических машин и двигателей развивалась и техника передачи энергии от двигателя к рабочей машине: валы, канатные и ременные передачи, различные трансмиссии. Так складывалась отмеченная в трудах К. Маркса «развитая совокупность машин», состоящая из трех необходимых частей: машины-двигателя, передаточной системы и машины-орудия. На примере электротехники, которая возникла в то время, посмотрим, как ее бурное развитие повлияло на развитие энергетики и других отраслей техники.
После опубликования в 1831 г. открытий знаменитого английского ученого Майкла Фарадея в области электричества десятки изобретателей стали работать над созданием генератора электрического тока и электрического двигателя.
В 1834 г. русский ученый Б. С. Якоби сконструировал один из первых электрических двигателей.
Свое изобретение Якоби применил для приведения в действие колес небольшого судна, успешно плававшего по Неве в 1838 г. Однако этот первый электроход оказался неэкономичным, так как в те времена не было еще дешевых источников электроэнергии.
Над изобретением генератора дешевой электроэнергии продолжали трудиться десятки людей. Сперва они применяли постоянные магниты и, чтобы усилить мощность генератора, так увеличивали число этих магнитов, что генератор становился похожим на ежа. Затем постоянные магниты заменили электромагнитами, которые сначала питались током от отдельных маленьких генераторов с постоянными магнитами, а позднее током самих генераторов. Особенно удачным оказался генератор бельгийского изобретателя Грамма. В основу его был положен кольцевой якорь с катушками изолированного провода.
|
| Электродвигатель Якоби (1834). |
Самым важным в изобретении Грамма было то, что его машину можно было использовать в двух целях: если вращать якорь машины, она даст ток, т. е. будет работать как генератор; если же подвести к ней ток, якорь начнет вращаться и машина станет двигателем. Это было наглядным подтверждением закона обратимости электрических машин, открытого в 1833 г. академиком Петербургской академии наук Э. X. Ленцем.
Машина Грамма помогла решить новую неотложную задачу, вставшую перед техникой,— передачи энергии на большое расстояние.
Были попытки передавать энергию на расстояние при помощи воды и сжатого воздуха.
Двигатель, установленный у водопада или близ угольной шахты, приводил в движение водяной или воздушный насос (компрессор). Вода под напором (из водонапорной башни) или воздух под давлением подавались по трубам к месту потребления и распределялись по водяным или воздушным двигателям, вращающим рабочие машины.
Старая схема «двигатель — передаточный механизм — орудие» выросла в сложную систему. Между первичным двигателем, черпающим энергию от природы, и рабочей машиной-орудием возникло звено выработки и передачи вторичной энергии, включающее в себя генератор этой энергии, сеть и вторичные двигатели.
Для чего потребовалось вырабатывать вторичную энергию? Для передачи энергии на расстояние, для удобного распределения ее между многочисленными рабочими машинами.
Место выработки вторичной энергии получило название станции. По роду вырабатываемой вторичной энергии станции называются насосными, компрессорными или электрическими. По роду используемой первичной энергии они делятся на тепловые и гидравлические.
Машина Грамма, которая по желанию могла быть либо генератором, либо двигателем, вытеснила насосы и компрессоры в системах, передающих энергию. Теперь ток проходил от вторичного электрогенератора к вторичным электродвигателям по проводам. В этом — основа современной сложной системы, где электрическая энергия выполняет роль и переносчика энергии (электропередача) и распределителя ее между рабочими машинами (электропривод).
Торжество электричества
|
| Электрический генератор постоянного тока «Альянс» (1856). |
Первое теоретическое решение задачи о возможности передачи электроэнергии по проводам дал в 1880 г. петербургский профессор Д. А. Лачинов. Он доказал, что потери энергии в проводах будут невелики, если повысить напряжение тока. К этому же выводу пришел в те же годы и французский физик М. Депре. Он построил первую линию электропередачи длиной в 57 км. и передавал по ней ток напряжением в 2 тыс. в и мощностью 3 кВт. Около трех четвертей передаваемой энергии при этом терялось, и многие ученые считали экономичную передачу электроэнергии на расстояние неосуществимой.
Такие успехи в области передачи энергии на большое расстояние были вызваны бурным развитием электротехники во второй половине и особенно в самом конце XIX в. Множество изобретателей работало над проблемой использования электричества для освещения и других бытовых нужд. Знаменитая «электрическая свеча» русского изобретателя П. Н. Яблочкова была первым потребителем тока. Решая задачу питания ряда «свечей» от одного генератора, Яблочков разработал схему, которая стала прообразом современных энергосистем с центральной электростанцией, трансформаторами и потребителями энергии.
Но от схемы до ее осуществления было еще далеко. Стали строить электростанции переменного тока. Трансформаторы повышали напряжение в линии передачи, потери были ничтожны. А на месте потребления энергии другие трансформаторы понижали напряжение до нужного и безопасного. Горели электрические лампы, работали нагревательные приборы, но двигатели не запускались с места. Секрет электропередачи был открыт, а секрет электропривода оставался неразгаданным.
|
| Электрический генератор постоянного тока Грамма с кольцевым якорем (1871). |
Раскрыл его в 1891 г. выдающийся русский электротехник М. О. Доливо-Добровольский — создатель техники трехфазного электрического тока. Он построил в Германии, между Лауфенским водопадом и Франкфуртом-на-Майне, линию электропередачи трехфазного тока длиной около 170 км с напряжением 15 тыс. в. Ток, напряжение которого понижалось на месте потребления, приводил в действие двигатель трехфазного тока (рис. 10).
В 1899 г. на электростанции в Эльберфельде генератор трехфазного тока был соединен с паровой турбиной. Это открытие знаменовало начало современной техники, основа которой — электрификация как особая форма снабжения энергией промышленности, транспорта, сельского хозяйства и бытовых нужд населения. Система электрификации — это звено между первичным двигателем и потребителями энергии (машинами-орудиями) — оказала решающее влияние и на двигатели и на орудия.
Тепловые двигатели скоро были вытеснены с фабрик и заводов электродвигателями. Первичным тепловым двигателем крупных электростанций и океанских судов стала паровая турбина. Мощный двигатель внутреннего сгорания сделался основным двигателем морских и речных теплоходов (рис. 11), а легкие двигатели стали основой энергетики автотранспорта и авиации. Возник новый тепловой двигатель — газовая турбина, широко применяемая в скоростной авиации. Большое развитие получил гидродвигатель — водяная турбина, вращающая генераторы крупнейших гидроэлектростанций.
ВСЕГО В 10 РАЗ
Мы так привыкли к быстрому росту скоростей самолетов, мощностей турбин, производительности машин, что увеличить что-нибудь в 10 раз кажется нам порой чем-то простым, не стоящим внимания. Но знаете ли вы, что произойдет, если все вдруг станет быстрее, больше или меньше в 10 раз? Всего в 10 раз!
Если человек ускорит свои движения в 10 раз, то зашагает вровень со скорым поездом. Если реактивные самолеты полетят в 10 раз быстрее, то они превратятся в искусственные спутники Земли или даже в новые планеты. Если обыкновенные гривенники уменьшатся в 10 раз, то в большой наперсток их можно будет насыпать около 20 тыс. штук.
|
Машины-орудия, станки самого разнообразного назначения сращиваются с электрическим двигателем. Электроэнергия движет и крохотные станочки часовой промышленности и станки-гиганты тяжелого машиностроения. Внедрение электроэнергии во все технологические процессы производства создало невиданные возможности для перехода к автоматическим системам, автоматическим станкам, линиям, целым заводам-автоматам.
Резко изменилась технология производственных процессов. Широкое применение получила электротехнология: электросварка, электронагрев, электроискровая обработка. Электрифицированные машины проникли во все области труда. Горные комбайны выполняют тяжелую работу шахтеров; разнообразные механизмы облегчают труд строителей, лесорубов, землекопов.
Гениальный основоположник научного коммунизма Ф. Энгельс в своих трудах указывал, что электрификация вызовет такой стремительный рост производительных сил общества, что они выйдут из-под контроля капитализма. Всем известны слова В. И. Ленина: «Коммунизм — это есть Советская власть плюс электрификация всей страны»
Современная техника вступает сейчас в новый период своего развития — в период, когда наша страна строит коммунизм. Отчетливые черты этого видны во всех важнейших областях техники — энергетике, машиностроении, — в применяемых материалах, в возникновении новых ее отраслей.
Открытие атомной (точнее, ядерной) энергии стало переломным моментом во всей истории развития техники. Благодаря этому человечество получило гигантские, практически неистощимые запасы энергии, которые способны приводить в движение всю огромную массу современной техники. Человечество вступило в атомный век.
Первый атомный (ядерный) реактор создан итальянским ученым Энрико Ферми в декабре 1942 г. Правда, этот реактор был еще так малосилен, что с его помощью трудно было вскипятить даже стакан воды. Но ведь все великие открытия и изобретения начинаются с малого.
|
| Двигатель трехфазного тока М. О. Доливо-Добровольского (1891). |
Уже в 1954 г. в СССР была пущена первая в мире атомная электростанция.
Запасы природных радиоактивных материалов во много раз превышают запасы обычного топлива. В каждом килограмме атомного горючего содержится в десятки тысяч раз большее количество энергии. Опытная атомная станция Академии наук СССР мощностью в 5 тыс. кет ежесуточно «сжигает» в своем реакторе всего 30 Г урана. В год это составляет около 11 кГ.
Высокая концентрация энергии в атомном ядре особенно ценна для подвижных машин. Так, атомный локомотив с тяжелым составом может пробежать от Москвы до Владивостока и вернуться обратно, затратив менее 1 кГ урана. Атомный самолет, использовав всего 1 кГ ядерного горючего, сможет два с половиной раза облететь без посадки вокруг Земли со скоростью в 1300 км/час. А первый в мире атомный ледокол «Ленин» — огромный корабль, водоизмещением 16 тыс. Т, с атомной установкой мощностью в 44 тыс. л.с. — может годами плавать в высоких широтах, не заходя в порты за топливом.
