[ «История инженерной деятельности тесно связана с историей цивилизации и закономерностями развития техники. Настоящее время можно выделить 5 этапов развития инженерной деятельности [1]: Первый (праинженерный) этап был ...»
Развитие торговли и промышленности сопровождалось быстрым ростом городов, что требовало решения задач по их водоснабжению. Снова возникает проблема мощных насосов. И в этом вопросе Германия опередила все страны. Некоторые города Германии уже в 1500 г. располагали крупными водо-насосными станциями. К примеру, в Аугсбурге существовала в это время очень сложная система городского водоснабжения. Установка приводилась в движение водяными колесами, подававшими воду через совокупность архимедовых винтов на водонапорную башню, откуда вода распределялась по трубопроводам к потребителям [8,9].
ЛЕКЦИИ ПО ДИСЦИПЛИНЕ «ИСТОРИЯ ИНЖЕНЕРНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ»
Воду в городское водохранилище Глочестера начали перекачивать ветряной мельницей в 1542 г. Водоснабжение Лондона осуществлялось на первых порах приливной мельницей, сооруженной у Лондонского моста немецким инженером Питером Морисом в 1582г.Первые сооружения по водоснабжению в Париже относятся к 1608 г.
3.5 Поиски более мощных источников двигательной силы Наряду с рассмотренными вариантами использования силы воды, применение этого вида энергии стали ставить себе на службу и другие отрасли промышленности. Силу воды использовали при производстве бумаги, ружейного пороха, гвоздей, мечей, а также многие металлургические предприятия. Спрос на более мощные источники двигательной силы постоянно возрастал. С повышением качества материала и усовершенствования строительной технологии увеличивались размеры водяного колеса. Так, в начале 17-го века их мощность была доведена до лошадиных сил. Крупнее становились и ветряные мельницы, в конструкции которых вносились усовершенствования (особенно в Нидерландах). Но, лимит возможностей подобных механизмов был исчерпан ввиду их громоздкости.
Спрос на силовые установки опережал их возможности. Скрытые возможности пара смутно предугадывались отдельными людьми на протяжении уже нескольких столетий (Гюйгенс и его паровая игрушка), но до середины шестнадцатого века так и не было предпринято ни одной серьезной попытки "запрячь" пар. Исследователям не хватало знаний о его природе и свойствах, и его путали, например, с воздухом.
Однако, начиная с 1550 г., люди приступили к настойчивому изучению свойств пара с целью использования его возможностей. Эти исследования особенно широко развернулись в 17-м веке. Баттиста делла Порта показал в 1606 г. как можно поднять воду под давлением пара и как "засосать" ее путем конденсации пара в закрытом сосуде с целью создания разряжения. Эти свойства пара в дальнейшем были положены в основу паровых двигателей Ворчестера и Сивери, речь о которых пойдет дальше.
Саломон де Кос в 1615 г. описал фонтан, приводимый в движение паром по принципу выталкивания воды из горлышка кипящего чайника с плотно закрытой крышкой.
Маркиз Ворчестренский в своей работе "Век изобретений", написанной в 1655 г., пишет умышленно туманно (чтобы не раскрывать секрета изобретения) о паровой машине для приведения в действие фонтанов. Эта машина была построена до 1664 г. Все эти усилия приближали создание паровой машины. Но создана она была позже, и поэтому мы вернемся к
ЛЕКЦИИ ПО ДИСЦИПЛИНЕ «ИСТОРИЯ ИНЖЕНЕРНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ»
истории создания паровой машины, изучая следующий исторический этап развития инженерной деятельности.Заканчивая рассмотрение этапа торговой революции, обратим внимание на сопутствующие развитию инженерной деятельности преобразования общества. Технический прогресс оказал влияние на реорганизацию производства.
В средние века промышленность была служанкой сельского хозяйства, а экономическая власть принадлежала феодалам. Типичным промышленным предприятием того времени была мастерская, а основной производящей силой - самостоятельный ремесленник - хозяин мастерской. Мастеру помогали подмастерья и 1-2 работающих по найму ремесленника, которые сами готовились стать мастерами. Позже мастера стали объединяться в ремесленные цехи со своим уставом, обязательным для всех ее членов. Устав требовал, чтобы все изготовлялось по определенному образцу из хорошего сырья, предусматривал качественную подготовку подмастерьев. Цеха отсеивали неквалифицированных работников. Но уже к концу средневековья зарождалась новая форма производства: концентрация средств производства, прежде всего там, где использовались тяжелые машины (горнорудное дело, металлургия).
Уже в средние века появлялись первые такие предприятия; в 1450 г. в Нюрнбергском печатном дворе насчитывалось 120 печатников. В начале 16го века Джек Ньюберийский построил ткацкую фабрику, где на 200 станках работали 600 рабочих. К 1550 г. уже было несколько таких предприятий, а к 1660 г. подобные предприятия перестали быть редкостью.
С подобными предприятиями ремесленники конкурировать не могли.
Поэтому они всячески противодействовали этому. И, как ни странно, на определенном этапе их борьба завершалась успешно. Так, в 1397г портным из города Кельна запретили пользоваться станками для насадки головок на английские булавки. В 1552 г. английский парламент запретил использование ворсильной машиной с приводом. В 1623 г. Чарльз 1-й издал указ об уничтожении машины, производившей иглы. Подобное противодействие задерживало прогресс, но радикально помешать ему не могло [2].
4 ПРОМЫШЛЕННАЯ РЕВОЛЮЦИЯ
Промышленная революция (1660 - 1918 г. г.) проходила в два этапа:Первый этап, 1660 - 1815 г.г., - зарождение промышленной революции;
Второй этап, 1815 - 1918 г.г.,- зрелость промышленной революции.
ЛЕКЦИИ ПО ДИСЦИПЛИНЕ «ИСТОРИЯ ИНЖЕНЕРНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ»
Вспомним факторы, стимулирующие развитие изобретательства. Это:1) Торговая революция (1450 - 1660 г. г.); 2) Систематизация знаний и престижность изобретательства.
Но необходимо отметить и факторы, тормозящие развитие инженерной деятельности:
1) консерватизм некоторых правительств и чиновников, которые, боясь безработицы, тормозили развитие и внедрение новых более производительных машин и технологий;
2) "Святейшая" Инквизиция, запрещающая развитие многих направлений науки. В этот период везде пылали костры инквизиции, унося жизни многих талантливых изобретателей. Кстати, в истории уже встречалось ТАБУ на распространение знаний на самом раннем этапе их развития. Речь идет о жрецах самого раннего периода зарождения религии, которые окружали завесой тайны накопленные людьми знания и, используя их, возвели себя в ранг полубогов для подчинения толпы. Но, в отличии от религиозной инквизиции средневековья, которая, обвиняя в ереси, безжалостно уничтожила многих талантливых людей, жрецы хотя и изолировали, но развивали и накапливали знания. Репрессиям подвергалось лишь их распространение.
4.1 Зарождение промышленной революции Зарождением и реализацией промышленной революции принято считать период 1660 - 1815 гг.
4.1.1 Появление двигателей Решение задач по использованию насосов для откачки воды из шахт и водоснабжения городов дало главный толчок к созданию нового двигателя.
Горизонт угольных пластов, разрабатывающихся в Англии в 1700 г.,
ЛЕКЦИИ ПО ДИСЦИПЛИНЕ «ИСТОРИЯ ИНЖЕНЕРНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ»
воды происходило путем конденсации пара и создания разреженного пространства над уровнем воды в сосуде. Севери отделил котел от сосуда, где производилась конденсация. Эта паровая машина обладала низкой экономичностью, но все-таки нашла применение. Впервые паровая машина Севери начала работать в России. Она была заказана в Англии для Петра Первого. Машина поднимала воду на высоту 3 м от поверхности земли.Производительность ее была 3 бочки в минуту. Эта машина Севери качала воду из Фонтанки для фонтанов в Летнем саду в Санкт-Петербурге. Это изобретение стало основой для дальнейшего развития использования силы пара.
Рис. 4.1 – Паровая машина Томаса Севери Очевидно, что в конструкции машины Севери, для продуктивного использования не хватало поршня с цилиндром. Еще в 1680 г. Христиан Гюйгенс, один из самых видных ученых-механиков своего времени, пытался создать поршневую машину, работающую от взрывной силы пороха. Это была неудачная попытка, но была изобретена система цилиндр-поршень, которая получила широкое развитие в дальнейшем.
В 1690 г. французский математик, физик и изобретатель Дени Папен, рис.4.2, использовал изобретения Гюйгенса и Севери и создал двигатель с поршнем и цилиндром, использующий силу пара. Расширяющийся при нагревании воды на дне цилиндра пар, рис.4.3, передвигал поршень вверх, а конденсацией пара создавалось разрежение, заставляющее поршень
ЛЕКЦИИ ПО ДИСЦИПЛИНЕ «ИСТОРИЯ ИНЖЕНЕРНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ»
возвращаться обратно, вниз. Таким образом поднимали груз, подвешенный на веревке, которая была перекинута через блок. Но в этом двигателе не было котла. Конденсация воды достигалась просто тем, что огонь, нагревающий воду для образования пара, убирали из-под цилиндра. Именно поэтому этот двигатель не нашел практического применения.Настоящий успех пришел к Томасу Ньюкомена (дартмутский торговец скобяными изделиями из г. Дортмунда, рис.4.4). Он присоединил поршень с цилиндром к отдельному котлу машины Севери с помощью клапанов, регулировавших поступление пара, и охлаждающей струи воды для конденсации, рис.4.5. Ньюкомен начал работу над своим изобретением в 1705 г., а первая машина была построена в 1712 г.
Это был настоящий успех. Уже в 1729 г. машины Ньюкомена работали в Австрии, Бельгии, Франции. Германии, Венгрии и Швеции. Начиная с 1720 г., эта машина широко использовалась на рудниках. Несмотря на низкий коэффициент полезного действия, машины Ньюкомена эксплуатировались даже после изобретения более совершенной паровой машины Уатта.
Правда, они оставались на угольных копях, где в изобилии имелся низкосортный уголь. Последнюю машину Ньюкомена демонтировали на угольной шахте Англии лишь в 1934 г.
ЛЕКЦИИ ПО ДИСЦИПЛИНЕ «ИСТОРИЯ ИНЖЕНЕРНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ»
4.1.2 Новый поиск источников двигательной силы К семидесятым годам восемнадцатого века механизация промышленности достигла такого уровня, что существовавшие на то время источники двигательной силы перестали удовлетворять растущие потребности. Особенно остро в этом развитии нуждалась текстильная промышленность, которая при отсутствии мощных двигателей, развивалась путем увеличения габаритов существующих машин. (Увеличение размеров водяных колес и тому подобное).В гончарном производстве все шире использовалась сила воды и ветра для измельчения фаянса, полировки глазури и размешивания глины. С ростом городов укрупнялись мукомольные мельницы. Интенсивно развивались металлургия и тяжелое машиностроение для которых нужны более крупные печи, а следовательно, более крупные воздуходувные установки, тяжелые прокатные станы, сверлильные станки и т. д.
эмпирическими методами достигло предела максимальных габаритов. Да, и кроме того, зависимость водяных двигателей от наличия поблизости большого количества воды, а ветряных - от силы ветра, создавала неудобства
ЛЕКЦИИ ПО ДИСЦИПЛИНЕ «ИСТОРИЯ ИНЖЕНЕРНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ»
в их применении. Паровой двигатель Ньюкомена не годился в качестве привода вращающихся механизмов.Его использовали для откачки воды как насос. Но были попытки приспособить двигатель Ньюкомена для подачи воды на водяные колеса, которые, в свою очередь, приводили в движение машину. К примеру, чугунолитейщики фирмы "Дерби" в 1742 г. подавали воду подобным образом на 10 водяных колес. Подобное устройство применялось в гончарнях в 1750-1760 г. г. Во второй половине 18 столетия этим способом обычно поднимали уголь из шахт.
Но все это были половинчатые решения, не улучшающие главную проблему - проблему более мощных двигателей. Дальнейший прогресс зависел от научного подхода. Джон Смитон сделал попытку максимализировать на научной основе возможности водяного колеса, приводимого в движение при помощи насоса Ньюкомена. Он построил в Чейсуотере двигатель мощностью в 76,5 л. с. Диаметр цилиндра в двигателе составил 1,8 метра с ходом поршня почти 3 метра. Это был предел возможностей этой машины. Дальнейшее увеличение мощности машин могло быть достигнуто при условии принципиального совершенствования привода.
Таким механизмом стала паровая машина Джеймса Уатта, созданная в кузнечного молота, текстильная промышленность, мукомольные предприятия, шахты и в конце концов паровоз. Вначале это был фургон на рельсах (1769 г.), останавливался через каждые 10 метров для повышения давления пара, затем - первый локомотив ( 1802 г.), который уже мог транспортировать тонн руды, или 70 пассажиров со скоростью 8 километров в час, рис. 4.6, 4.7.
В последствии локомотив получил развитие в угольных шахтах, а в 1838 г.
начался железнодорожный бум, охвативший весь мир.
Описывать устройство паровой машины Джеймса Уатта нет необходимости, так как она встречается и в сегодняшние дни без принципиальных отличий в использовании силы пара.
ЛЕКЦИИ ПО ДИСЦИПЛИНЕ «ИСТОРИЯ ИНЖЕНЕРНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ»
Рис. 4.6-Автомобиль с двигателем Уатта Рис.4.7-Локомотив с двигателем Уатта 4.1.3 Создание парахода Рассмотренные нами области применения парового двигателя не вызвали больших трудностей во внедрении. Достаточно было заменить паровым двигателем имеющийся вращающийся механизм, например водяное колесо. Иначе обстояло дело в области судоходства, которое к г. достигла апогея применения. Суда приводились в движение парусами, веслами или гребными лопастями. Просто перевести на привод от паровой машины любой из перечисленных способов не представлялось возможным.Поэтому, не приходится удивляться многочисленным попыткам попробовать в связи с этим самые немыслимые ухищрения. Американец Джон Фитч, например, сконструировал в 1785 г. пароход, приводившийся в движение длинной цепью наподобие гусеничной ленты трактора, а позднее приспособил ряд гребных лопастей, работающих по принципу гребца на каноэ. Но его "детища" были неприемлемы к применению и поэтому невостребованными. Взоры изобретателей стали обращаться к гребному колесу и гребному винту.
Гребным колесом в качестве движителя пользовались от случая к случаю еще и до паровой машины, приводя в движение мускульными усилиями человека через кривошипы или вороты. Позже были попытки использовать для этого двигатели Ньюкомена или Уатта, но без особого успеха. Положение изменилось тогда, когда в 1788 г. Миллер и Саймингтон построили колесный пароход, который при испытании развил скорость км/ч. Саймингтон продолжил совершенствование этого варианта парохода и построил буксир "Шарлотта Дундас", который отбуксировал несколько барж водоизмещением по 70 тонн каждая на расстояние более 30 км за часов против такого сильного ветра, при котором никакое другое судно не отважилось выйти в открытое море.
ЛЕКЦИИ ПО ДИСЦИПЛИНЕ «ИСТОРИЯ ИНЖЕНЕРНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ»
американец Роберт Фултон, который, используя глубоко научный подход с учетом сопротивления воды и других связанных с этим вопросов, в 1807 г. создал параход "Клермонт" вызвавший сенсацию, покрыв расстояние в особенно речного. В США к 1815 г. открылось регулярное пароходное сообщение по всем крупным рекам, а несколько позже развитие пароходства распространилось и в Европе.Когда паровые машины начали ставить на океанские суда, европейцы снова захватили пальму первенства.
Первым пароходом, который пересек в 1819 г. Атлантику, была "Саванна". Но это был прежде всего парусник, на котором сила пара использовалась как вспомогательный источник. Тогда считали, что для дальнего плавания пароходы не годятся, так как уголь для паровой машины снижает полезную грузоподъемность. Другое дело - речное пароходство, когда не нужен большой запас топлива. Его можно пополнять в портах пути следования. Это предубеждение рассеялось, когда в 1838 г. "Сириус" пересек Атлантический океан менее чем за 20 суток. Этот рекорд через несколько часов (!) побил пароход "Грейт уэстерн" покрывший то же расстояние за 15 суток. После этого положение пара окончательно утвердилось в пароходстве.
Все пароходы описываемого периода имели деревянную конструкцию и были колесными. Но постепенно стали переходить на железные конструкции с гребными винтами.
Гребной винт в 1826 году установил на лодку водоизмещением 5 тонн чешский инженер Иозеф Рассел, а в 1827 г. запатентовал свое изобретение.
(Винт приводился в движение вручную). Хотя эта идея была выдвинута еще раньше, но не доводилась до логического завершения.
сконструированным Джоном Вилькинсоном в 1787 г.
конструкция судов к середине девятнадцатого века стала качестве двигателей завершило переход к современным судам.
ЛЕКЦИИ ПО ДИСЦИПЛИНЕ «ИСТОРИЯ ИНЖЕНЕРНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ»
4.1.4 Дальнейшее совершенствование текстильной В восемнадцатом веке во многих отраслях промышленности европейских стран происходили коренные преобразования. Кустарные мастерские превращались в механизированные предприятия фабричного типа. Самые разительные перемены происходили в текстильной промышленности, особенно в Англии. В начале столетия текстиль производили сотни ткачей и прядильщиков на дому с использованием примитивного оборудования, с которым, в общих чертах, мы знакомы.Первым крупным шагом вперед было изобретение механического (самолетного) челнока Джоном Кейем в 1733 г. Прежде челнок перебрасывали из руки в руку через основу ткани. Челнок-самолет свободно перелетал через основу при помощи приспособления, управляемого шнурами, которые ткач держал в одной руке. Такой челнок требовал большой сноровки, но позволял ткать более широкое полотно и освобождал одну руку для других операций.
Увеличение производительности изготовления ткани стимулировало изобретательство в производстве пряжи. Оставаясь на прежнем уровне, производство пряжи тормозило текстильную промышленность. Понастоящему быстрыми темпами текстильное производство пошло в гору при усовершенствовании прядильных малин. Первая ласточка - машина "Дженни", изобретенная Харгривсом в 1764 г. и усовершенствованная в г, рис.4.8.
ЛЕКЦИИ ПО ДИСЦИПЛИНЕ «ИСТОРИЯ ИНЖЕНЕРНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ»
На этой прялке один человек обслуживал сначала 8 веретен, а со временем - 80 и больше. У нее не было ни валиков, ни рогульки, а процессы вытягивания, кручения и наматывания выполнялись поочередно с помощью передвижной каретки. Это была машина, позволяющая одному прядильщику выполнять работу многих, но ее нельзя было приспособить для работы от привода.В 1825 г. появилась полностью механизированная мюль-машина с приводом, которая была усовершенствована в 1830 г. Для нее уже не нужны были опытные работники. Сложные операции выполняла сама машина.
Прототип современной прядильной машины Кольцевая прядильная машина была построена американцем Джоном Торпом в 1828 г., а три года спустя ее приспособил для массового производства его соотечественник Мэзон.
Существенно возросшая производительность этих машин вскоре коренным образом изменила прядильное производство, особенно когда его оснастили паровым двигателем.
С середины восемнадцатого и до конца девятнадцатого века производственная мощность текстильной промышленности Англии, благодаря перечисленным нововведениям, возросла в несколько сот раз..0на завоевала рынки всего мира.
Однако, после 1870 г. текстильный рынок стали постепенно завоевывать США, покончившие с монополией Англии за счет более интенсивного внедрения новой техники в производство текстиля.
4.2 Зрелость промышленной революции К концу восемнадцатого века усилилось развитие изобретательства, и как следствие его, технического прогресса в других странах Европы (кроме Англии) - прежде всего Франции и в США.
Причины такого развития изобретательства:
1) показательный пример Англии благотворного влияния изобретательства на развитие общества;
2) престижность изобретательства в этот период;
3) материальное стимулирование на государственном уровне изобретательства (именно перечисленные страны больше всех вложили средств на поддержку изобретательства в виде ссуд, премий, конкурсов и тому подобное, и в итоге многократно покрыли расходы прибылями и завоевали международный рынок);
4) Ослабление давления религии на науку.
Этот период (1815 - 1918 гг.) характеризуется развитием океанского пароходства. железнодорожного транспорта, созданием новых двигателей, автомобилей, авиации, электричества, радио.
Такого бурного развития история еще не знала. Именно поэтому период 1815 - 1918 г.г. называют зрелостью промышленной революции.
ЛЕКЦИИ ПО ДИСЦИПЛИНЕ «ИСТОРИЯ ИНЖЕНЕРНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ»
составляющим.промышленности. Для изобретения приемлемого транспорта перевозки пассажиров в Англии был объявлен конкурс, на котором в 1829 г. победил Стефенсон со своей "Ракетой" (см. рисунок 4.9), которая могла перевозить пассажиров со скоростью 48 км/ч. Успешное применение этого паровоза привело к бурному росту сетей железнодорожного сообщения, и как следствие, металлургии и сопутствующей ей промышленности.
Еще в 1750 - 1754 г. г. Эйлер теоретически обосновал работу примитивной водяной турбины. Первая была создана в 1827 г.
изобретателем Бурдэном мощностью всего 6 лошадиных сил. В дальнейшем турбина совершенствовалась и к 1855 г. ее мощность была доведена до лошадиных сил. Использовалась турбина, в основном, для выработки электроэнергии и на кораблях.
4.2.3 Появление и развитие электричества Основоположником науки об электричестве можно назвать Уильяма Гилберта, выпустившего труд об электричестве под названием «О магните, магнитных телах и самом большом магните — Земле».
ЛЕКЦИИ ПО ДИСЦИПЛИНЕ «ИСТОРИЯ ИНЖЕНЕРНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ»
1729 г., Англия. Грей и Уильяр обнаружили способность тел проводить электричество, разделили тела на проводники и непроводники электричества.1745 г., Нидерланды. Питер ван Мушенбрук изобрёл «лейденскую банку». Существует много версий того, как возникла «мушенброкова машина» (такое название дал М.В.Ломоносов ). Вот одна из них : «В 1745 г.
немецкий каноник Эвальд Юрген фон Клейст, пытаясь, по-видимому, изготовить себе электризованную воду, которая считалась полезной для здоровья, и независимо от него лейденский физик Мушенбрук, продев в горлышко банки с водой гвоздь, дотронулись им до проводников электрической машины; затем, прервав контакт, они притронулись другой рукой к гвоздю и испытали очень сильный удар, вызвавший онемение руки и плеча, а у Мушенбрука даже “все тело содрогнулось, как от молнии”», рис.4.10.
Рис.4.10- Эвальд Юрген фон Клейст и «Лейденская банка»
1749—1753, Россия. Один из первых приборов, позволяющих измерить электрический заряд, — электрометр — изобрел физик Георг Рихман. Вместе с Михаилом Ломоносовым он проводит опыты по изучению атмосферного электричества, рис.4.11. Во время одного из экспериментов Рихман погибает при измерении электрометром заряда конденсатора от молнии, ударившей в шест его «громовой машины».
Рис.4.11 – Георг Рихман, Михаило Ломоносов и электрометр
ЛЕКЦИИ ПО ДИСЦИПЛИНЕ «ИСТОРИЯ ИНЖЕНЕРНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ»
В 1800 г. Александро Вольта был создан гальванический элемент, рис.4.12. Он представлял собой набор серебренных и цинковых пластин, вырабатывающих постоянный электрический ток.Рис.4.12 -Александро Вольта и его источник питания «Вольтов столб»
1801—1802 гг., Россия. Василий Владимирович Петров установил практическое применение электрического тока для нагрева проводников, описал электрическую дугу и указал на применение её на практике, рис.4.13.
Рис.4.13 – Василий Петров, электрическая дуга и электрическая машина В 1808 г. Деви изобрел электрическую дуговую лампу, рис.4.14.
Широкого применения она получить не могла из-за дороговизны гальванических элементов. Ввиду большого количества потребляемого тока, дуговая лампа быстро расходовала ресурс работы источника питания и поэтому к ней отнеслись как к экзотике.
Рис.4.14 – Гэмфри Дэви и угольная дуговая лампа
ЛЕКЦИИ ПО ДИСЦИПЛИНЕ «ИСТОРИЯ ИНЖЕНЕРНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ»
1820—1824 гг., Франция. Доминик Франсуа Араго открыл явление «магнетизм вращения», которое в последствии послужило основанием для множества открытий, в том числе двигателя переменного тока.1820 г., Франция. Андре-Мари Ампер открыл законы электродинамики, электричество и магнетизм предложил рассматривать как результат единого процесса природы.
В 1821 г. М.Фарадей изобрел электродвигатель, рис.4.15, применение которого в дальнейшем расширило возможности применения электроэнергии. Вначале своей работы Фарадей ставил перед собой задачу изучения взаимосвязи между электричеством и магнетизмом.
1827 г., Германия. Георг Ом сформулировал закон зависимости основных величин электрической цепи: силы тока, напряжения и сопротивления. Открытие Ома было скептически воспринято в научных кругах. Это отразилось на развитии науки — скажем, законы распределения токов в разветвленных цепях, были выведены Густавом Кирхгофом 20 лет спустя.
ЛЕКЦИИ ПО ДИСЦИПЛИНЕ «ИСТОРИЯ ИНЖЕНЕРНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ»
1828 г., США. Джозеф Генри сконструировал мощные электромагниты с многослойной обмоткой. Открыл принцип электромагнитной индукции.Изобрёл электромагнитное реле.
1831 г., Англия. Майкл Фарадей открыл явление «электромагнитной индукции», составляющее основу современной электроэнергетики.
1834 г., Россия. Борис Якоби изобрёл электродвигатель с вращающимся рабочим валом, рис.4.16.
Рис.4.16 -Майкл Фарадей, Борис Семенович Якоби и его электрический двигатель В 1837 г. Кук и Уттсон (Англия) изобрели телеграф. На первых образцах аппарата буквы, слагаемые в слова, показывала отклоняющаяся стрелка в зависимости от длительности электрического сигнала (см.
рис.4.17).
Телеграф получил интенсивное распространение, прежде всего, на железных дорогах для информации о следовании поездов. Ввиду малой дальности связи оборудовали промежуточные станции и таким образом поэтапно передавали необходимые сведения. В дальнейшем научились усиливать сигнал для передачи на нужное расстояние. На первых порах телеграфные сообщения передавали только по проводной линии связи, а с изобретении и развитием радио телеграфные сообщения широко применялись и во флоте. Бытует ошибочное мнение, что телеграф изобрел американский художник Морзе. Это неверно. Морзе усовершенствовал
ЛЕКЦИИ ПО ДИСЦИПЛИНЕ «ИСТОРИЯ ИНЖЕНЕРНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ»
систему телеграфа. Он разработал в 1843 г. систему, названную его именем, состоящую из чередований групп точек и тире соответствующим определенным буквам и цифрам. Этой азбукой Морзе пользуются по сегодняшний день.1847 г., Германия. Густав Роберт Кирхгоф сформулировал законы распределения электрических токов в разветвленных электрических цепях.
1860 г., Италия. Антонио Пачинотти построил магнитоэлектрическую машину с кольцевым зубчатым якорем.
1865 г., Англия. Джеймс Максвелл создал теорию электромагнитного поля.
1870 г., Франция. Зеноб Грамм изобрёл обмотку двигателя, распределённую по окружности. Открыл обратимость электрических машин:
двигатель-генератор.
1872 г., Россия. Александр Лодыгин изобрёл лампу накаливания с вольфрамовой нитью, розетку и вилку, электрические печи для плавки металлов, рис.4.18.
1875 г., Россия. Павел Яблочков изобрёл первую модель дуговой лампы без регулятора, рис.4.19.
Рис.4.18-Александр Лодыгин и его лампа Рис.4.19 – Павел Яблочков и его лампа В 1878 году на улицах Парижа вспыхнул ослепительный "русский свет" - дуговые лампы конструкции Павла Николаевича Яблочкова.
Закачались стрелки на приборах первых электростанций.
1879 г., США. Томас Эдисон изобрёл лампу накаливания с резьбовым цоколем и резьбовой патрон, предохранитель, электросчётчик, применил на
ЛЕКЦИИ ПО ДИСЦИПЛИНЕ «ИСТОРИЯ ИНЖЕНЕРНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ»
практике параллельное включение ламп, ввёл в эксплуатацию первую тепловую электростанцию, рис.4.20.Для цели освещения электричество внедрялось постепенно и с большими потугами. Для осветительного прибора электричество впервые было применено на маяке "Саут - Форленд" в 1858 г. Но это было дорогое удовольствие, так как применялась дуговая лампа. Над созданием лампы накаливания успешно работали русские ученые Яблочкин и Лодыгин, и в Но проблемой стала кратковременная работа нити накаливания, поскольку она очень быстро перегорала. Работу над созданием лампы накаливания продолжил Сван (США) который в 1878 г. предложил в качестве нити накаливания угольную нить. Но более приемлемый вариант в 1879 г.
представил Эдисон, предложивший в качестве нити накаливания использовать обугленные волокна бамбука. Именно с такими нитями и начался серийный выпуск электрических лампочек. В 1880 г. Сван и Эдисон объединившись и начали производство электрических лампочек с бамбуковыми нитями накаливания. Продавая их по цене 2,5 доллара они быстро окупили затраты и получили большую прибыль.
1880 г., Россия. Дмитрий Лачинов описал теорию передачи электроэнергии по проводам на большие расстояния при повышении напряжения.
1882 г., Венгрия. Никола Тесла изобрёл двухфазный двигатель и двухфазный генератор.
Рис.4.20 – Томас Эдисон и его лампа Дмитрий Александрович Лачинов 1888 г., Германия. Михаил Доливо-Добровольский изобрёл трёхфазный двигатель переменного тока.
1886—1889 гг., Германия. Генрих Рудольф Герц доказал существование электромагнитных волн в свободном пространстве.
ЛЕКЦИИ ПО ДИСЦИПЛИНЕ «ИСТОРИЯ ИНЖЕНЕРНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ»
24 марта 1896 г. Попов, включив в цепь реле приемника аппарат Морзе, передал первую в мире радиограмму с записью на телеграфную ленту. Это произошло на заседании Физического отделения Русского физикохимического общества. Приемная установка размещалась в физическом кабинете Петербургского университета, а отправительная станция — в здании химической лаборатории на расстоянии 250 м. Знаки азбуки Морзе, передаваемые помощником Попова П. Н. Рыбкиным, «были ясно слышны», а председатель РФХО профессор Ф. Ф. Петрушевский записывал их мелом на доске. Вскоре все присутствовавшие увидели два слова – Heinrich Herz, а Александру Степановичу была устроена овация, рис.4.21.К сожалению, Попов не имел необходимых средств для развертывания исследований в области совершенствования радиосвязи. Свои многочисленные научные работы он сочетал с педагогической и общественной деятельностью, был вынужден подрабатывать даже во время летнего отпуска. Почти десятилетие (с 1889 по 1898 г.) он заведовал электрической станцией на Нижегородской ярмарке. Кроме того, активно занимался общественной деятельностью.
ЛЕКЦИИ ПО ДИСЦИПЛИНЕ «ИСТОРИЯ ИНЖЕНЕРНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ»
Рис.4.21- Александр Степанович Попов и его приемная установка Открытие электрического тока и всех последующих открытий, связанных с ним, можно отнести к концу XIX- началу XX веков. В это время по всей Европе и в том числе России прокатилась волна открытий, связанных с электричеством. Пошла цепная реакция, когда одно открытие открывало дорогу для последующих открытий на многие десятилетия вперёд.Начинается внедрение электричества во все отрасли производства, появляются электрические двигатели, телефон, телеграф, радио, электронагревательные приборы, начинается изучение электромагнитных волн и влияние их на различные материалы, внедрение электричества в медицину.
Возможности электричества поражали: передача энергии и разнообразных электрических сигналов на большие расстояния, превращение электрической энергии в механическую, тепловую, световую… Скандальные изобретения Николы Тесла Hикола Тесла (1856-1943 гг.) был четвёpтым pебёнком, и казалось емy yготована обычная сyдьба сельского подpостка, тем более что отец мечтал о дyховной каpьеpе сына и запpетил емy постyпать в Политехнический инститyт в Гpаце. Однако тyт пpоизошло то, что можно назвать "божьим пpомыслом". Hикола тяжело заболел. Когда настyпил кpизис и было ясно, что он может не выжить, отец согласился с желанием сына и Тесла выздоpовел. Пpи этом Hикола Тесла стал после yмственного напpяжения стpадать от стpанного наpyшения — появления чётких видений, сопpовождавшихся иногда сильными световыми вспышками
ЛЕКЦИИ ПО ДИСЦИПЛИНЕ «ИСТОРИЯ ИНЖЕНЕРНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ»
Тесла пеpеехал в Hью-Йоpк. Высадившись в HьюЙоpке без копейки денег, он сpазy же yбедился, что это стpана больших возможностей. Пpоходя по Бpодвею, Тесла yвидел гpyппy людей, пытающихся починить электpомотоp. Он тyт же заpаботал 20$.Хотя Эдисон взял его в свою командy, отношения y них не сложились.
Система Эдисона использовала постоянный ток, для чего пpиходилось чеpез каждые несколько миль стpоить мощные станции. Тесла попытался yбедить его в том, что пеpеменный ток более эффективен и менее доpог. Hо Эдисон yпоpствовал и чyвствовал в Тесле талантливого конкypента. Гениальность этого молодого человека действительно пpевосходила достоинства самого Эдисона!
Эдисон не поддеpжал pеволюционные планы Тесла относительно использования пеpеменного тока. В конце концов они полностью поссоpились, когда Тесла заявил Эдисонy, что сможет на пpактике подтвеpдить пpостотy создания новых машин и выгодy их использования.
Эдисон пообещал емy 50 тысяч доллаpов за пpоведение таких pабот на одном пpедпpиятии. Тесла подготовил двадцать четыpе типа yстpойств и полностью пpеобpазил завод. Hа Эдисона это пpоизвело огpомное впечатление, но денег он не заплатил, объявив свое обещание пpоявлением "амеpиканского чyвства юмоpа".
Эдисон - бpосивший все yсилия на создание энеpгосистем постоянного тока, не смог пpинять концепцию электpомашин пеpеменного тока, пpедложенных Тесла и Тесла yшёл.
Однако это не был шаг в никyда. Джоpдж Вестингхаyс (George Westinghouse) сам был изобpетателем и считал Тесла гением. Он кyпил патенты на pазpаботанные Теслой системы пеpедачи и pаспpеделения многофазных токов (включая генеpатоpы, электpодвигатели и тpансфоpматоpы) и пpименил их в своей гидpоэлектpостанции на Hиагаpском водопаде.
ЛЕКЦИИ ПО ДИСЦИПЛИНЕ «ИСТОРИЯ ИНЖЕНЕРНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ»
В 1888 Тесла откpыл явление вpащающегося магнитного поля, на основе котоpого постpоил электpогенеpатоpы высокой и свеpхвысокой частот, рис.4.22. В 1891 сконстpyиpовал pезонансный тpансфоpматоp (тpансфоpматоp Тесла), позволяющий полyчать высокочастотные колебания напpяжения с амплитyдой до миллиона вольт, и пеpвым yказал на физиологическое воздействие токов высокой частоты, рис.4.23.В Мэдисон-Сквеp-Гаpден он пpодемонстpиpовал дистанционное yпpавление маленькими лодочками, но многие люди сочли это колдовством.
Hаблюдаемые во вpемя гpозы стоячие волны электpического поля пpивели Тесла к идее о возможности создания системы для обеспечения электpоэнеpгией yдаленных от генеpатоpа потpебителей энеpгии без использования пpоводов, пpиобpетшей огpомнyю известность после экспеpиментов в Колоpадо Спpингс (Colorado Springs) — он подсоединял втоpые выводы от лампочек к сыpой земле, и лампочки загоpались.
ЛЕКЦИИ ПО ДИСЦИПЛИНЕ «ИСТОРИЯ ИНЖЕНЕРНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ»
В 1899 Тесла пyблично пpодемонстpиpовал лампы и двигатели, pаботающие на высокочастотном токе без пpоводов, рис.4.24. В конце — концов экспеpименты Тесла pазpyшили генеpатоp на местной электpостанции и в 1900-м годy Hикола Тесла веpнyлся в Hью-Йоpк, где взялся, по поpyчению банкиpа Моpгана (J.P. Morgan) за стpоительство башни для тpансатлантической связи. Пpоект был основан на идее pезонансной pаскачки ионосфеpы, пpедyсматpивал yчастие 2000 человек и полyчил название "Wardenclyffe", рис.4.25.90-е года XIX века ознаменовались непримиримой борьбой двух компаний. С одной стороны это была General Electric, отстаивающая интересы Эдисона, являющегося приверженцем использования постоянного тока. Ему оппонировала компания Westinghouse Electric, создававшая свою продукцию на основе многочисленных патентов Николы Теслы в области переменного тока. Этот период вошел в историю промышленности, как "Период трансформаторных битв".
Ответом на эти действия стали публичные физические опыты Тесла на Всемирной выставке 1893 года в Чикаго. Удивленная публика смотрела, как экспериментатор пропускал через себя электроток напряжением в два миллиона вольт. По идее, от экспериментатора не должно было бы остаться и уголька. К тому же в многочисленных выступлениях Эдисон заявлял, что переменный ток высокого напряжения убьёт любого, кто прикоснётся к
ЛЕКЦИИ ПО ДИСЦИПЛИНЕ «ИСТОРИЯ ИНЖЕНЕРНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ»
проводам! Но Тесла как ни в чём не бывало стоял с улыбкой, держа в руках … горящие лампочки Эдисона!!!Тесла демонстрирует светящиеся лампы Тесла у стенда на выставке 1893 года В конце концов, разработки Теслы и других ученых в области однофазных трансформаторов открыли дорогу строительству электростанций и линий передач однофазного тока, который стал широко использоваться в промышленности и для бытового электрического освещения.
Моpган выделил 150,000$ и yчасток в 200 акpов на остpове Long Island. Там и началось стpоительство башни Shoreham, высотой 187 фyтов со стальной шахтой, опyщенной на 120 фyтов в землю. Этy башню возглавлял 55 тонный металлический кyпол диаметpом 68 фyтов.
В 1905 годy пpошёл её пpобный пyск пpинёсший гpандиозный yспех:
ошаpашенные жypналисты писали, что он зажег небо на пpостpанстве в тысячи миль над пpостоpами океана. Это был тpиyмф и апогей.
Вокpyг экспеpиментальной башни пылал шаp света диаметpом в метров. Лошади в сбpyе полyчили шоковые электpоyдаpы чеpез их металлические подковы и металлические пpедметы пpивязи на стойлах. Даже насекомые были повpеждены: бабочки стали наэлектpизованными и "беспомощно кpyжились кpyгами на своих кpылья, бьющих стpyйками синих оpеолов "Огней Святого Эльма."
Пробный пуск невиданного сооружения состоялся в 1905 году и произвёл потрясающий эффект. "Тесла зажёг небо над океаном на тысячи миль", – писали газеты. Вторую башню - для передачи без проводов мощных потоков энергии - изобретатель намеревался построить у Ниагарского водопада. Но проект требовал огромных затрат. Все деньги самого Теслы ухнули в эту яму.
Ученый пpоводил сеpию yникальных экспеpиментов, изyчая пpоцессы автоколебаний. Во вpемя одного из таких опытов мощные пpибоpы вошли в pезонанс. Все в лабоpатоpии стало тpястись. Амплитyда колебаний наpастала. Вскоpе yже во всем здании вибpиpовал пол, звенели стекла в окнах...Тесла подyмал, что если он не пpеpвет экспеpимент, то лабоpатоpия
ЛЕКЦИИ ПО ДИСЦИПЛИНЕ «ИСТОРИЯ ИНЖЕНЕРНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ»
может pазpyшиться. И как только он отключил yстановкy, все сpазy пpекpатилось. Hа самом деле в тот момент сотpясался не только дом Тесла.Hа всех yлицах Hью-Йоpка звyчал стpанный гyл, вибpиpовали здания, сыпались из окон стекла, лопались газовые и отопительные тpyбы, водопpоводы. Это было "Большое Hью-Йоpкское землетpясение".
Емy yдалось добиться в этой области выдающихся достижений. Так, он экспеpиментально пеpедавал такое количество энеpгии на pасстояние км, что ее было достаточно, чтобы зажечь 200 лампочек! Hезадолго до смеpти Тесла объявил, что он изобpел "лyчи смеpти", в котоpых на pасстояние 400 км пеpедается такое количество энеpгии, что можно yничтожить 10000 самолетов или миллионнyю аpмию. Этy тайнy он yнес с собой в могилy.
Ещё в 1900–х годах Тесла мог получить ток 100 млн. ампер и напряжение 10 тыс. вольт. И поддерживать такие характеристики любое необходимое время.Современные учёные достигли лишь планки в миллионов ампер (при взрыве электромагнитной бомбы), и 300 миллионов при термоядерной реакции - да и то, на доли секунды.
Присуждение Нобелевской премии за 1915 год вызвало всеобщее недоумение: она должна была быть поделена между двумя людьми, резко различными как по своим личным качествам, так и по результатам своих трудов: Тесла и Эдисон - вот два лауреата Нобелевской премии, объявленные осенью 1915 года. Но Тесла отказался от премии, хотя в это время он уже очень нуждался в деньгах, так как все его средства были вложены в несостоявшийся проект Wardenclyffe. Отказ был вызван двумя причинами:
он принципиально не хотел делить это признание его заслуг с Эдисоном В 1931 г. Тесла пpодемонстpиpовал пyблике yдивительный электpомобиль. Из обычной автомашины фирмы Pierce-Arrow извлекли бензиновый двигатель и yстановили электpомотоp переменного тока мощностью в 80 л.с. (1800 об/мин) без каких бы то ни было традиционно известных внешних источников питания. Потом Тесла на глазах y пyблики поместил под капот невзpачнyю коpобочкy, из котоpой тоpчали два стеpженька, котоpые yченый подключил к двигателю. Сказав: "Тепеpь мы имеем энеpгию", Тесла сел на место водителя, нажал на педаль, и автомобиль поехал. Эта машина, пpиводимая в движение мотоpом пеpеменного тока, pазвивала скоpость до 150 км/ч, а главное, не тpебовала подзаpядки, рис.
4.27. По кpайней меpе в течение недели, что ее испытывали. Газеты того вpемени тpyбили об этом yдивительном испытании. Все спpашивали Тесла:
"Откyда беpется энеpгия?" Он отвечал: "Из эфиpа вокpyг всех нас".
ЛЕКЦИИ ПО ДИСЦИПЛИНЕ «ИСТОРИЯ ИНЖЕНЕРНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ»
Он демонстpиpовал экспеpименты, котоpые даже сегодня могли бы вызвать yдивление y стyдентов факyльтетов pадиоэлектpоники, не то что y пpостых обывателей. Hапpимеp, Тесла включал небольшой тpансфоpматоp, и в воздyхе начинали извиваться молнии... Успехом y пyблики пользовался также экспеpимент с электpолампочками. Тесла включал свой тpансфоpматоp, и обычная лампа начинала светиться в его pyках. Когда же он доставал из поpтфеля лампочкy, лишеннyю спиpали накала (пpосто пyстая колба), и она все pавно светилась, yдивлению и востоpгам слyшателей не было пpедела...Никола Тесла в 30-е годы создавал пpиемники для RCA (Амеpиканская pадиопpомышленная коpпоpация). Корпорации достался заказ на изготовление обоpyдования для секpетных пpоектов минестерства обороны.
Тесла снабдил эти пpиемники катyшками индyктивности особой констpyкции. Обычные катyшки были снабжены оpигинальными пpиспособлениями, pазpаботанными самим Тесла. Пpи подготовке к "Филадельфийскомy экспеpиментy" Тесла создал пpибоp, чтобы помочь матpосам в слyчае потеpи оpиентации во вpемени, т.к. технология пpоекта "Радyга", диpектоpом котоpого с 1936 по 1942 год был Тесла, оказалась pазpyшительной для психики и биологической стpyктypы человеческих сyществ. Цель пpибоpа — восстановить ноpмальнyю пpивязкy личности к вpемени, если пpоизойдет дезоpиентация. Комy-то пpишло в головy использовать этот пpибоp для pешения пpоблем преодоления возраста.
Согласно официальным данным, он yмеp 7 янваpя 1943 года. Все его лабоpатоpные записи, письма, дипломы пеpешли по наследствy к племянникy Саве Косановичy, котоpый основал в Белгpаде мyзей Hиколы Тесла. Hо сyществyет аpгyментиpованное пpедположение, что его пеpепpавили в Англию, а для оpганизации похоpон использовали тело двойника. Тело кpемиpовали на следyющий день после смеpти, что пpотивоpечило тpадициям оpтодоксальной веpы, котоpой пpидеpживались в его семье. Поэтомy остается споpным, yмеp он или нет. Секpетная докyментация из его сейфа была изъята и более никогда не yпоминалась!
ЛЕКЦИИ ПО ДИСЦИПЛИНЕ «ИСТОРИЯ ИНЖЕНЕРНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ»
Низкий КПД (коэффициент полезного действия) парового двигателя и его громоздкость стимулировали изобретателей к поискам более целесообразных вариантов. Да и необходимый атрибут для движения паровоза - рельсы - не всегда приемлем. Стремление двигаться независимо от железной дороги побудило французского военного инженера Никола Кюньо в 1770 г. изготовить паровую повозку. Это и было начало конструирования автомобилей.Самым сложным элементом для конструирования оказался двигатель.
Первый легкий двигатель изготовил бельгийский инженер Ж.Ленуар, рис.4.28. Именно он положил начало конструированию двигателей внутреннего сгорания. Двигатель Ленуара работал по такому принципу:
смесь бензина с воздухом воспламенялась и образующиеся газы воздействовали на поршень, который приводил в работу последующие механизмы. Отсюда и название - газовый двигатель. Свой двигатель Ленуар установил на повозку и колесил по лесным просекам, вызывая иронию и удивление редких очевидцев. С его подачи многие изобретатели стали пробовать свои силы на этом поприще.
По настоящему приемлемый двигатель внутреннего сгорания с карбюратором сконструировал в 1885 г. Даймлер и установил его на трехколесную повозку, рис.4.29. Затем, объединившись с Бенсом, они
ЛЕКЦИИ ПО ДИСЦИПЛИНЕ «ИСТОРИЯ ИНЖЕНЕРНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ»
организовали первую в мире фирму по выпуску серийных автомобилей, рис.4.30.
Рис.4.29 – Повозка Готлиба Даймлера Рис.4.30 – Автомобиль Карла Бенца Организованная немецкая фирма получила название "Мерседес-Бенс", которая процветает и сегодня. Свое название фирма получила из двух составляющих: "Мерседес" - дочь Драймлера и "Бенс" - фамилия второго соучредителя.
Первый автомобиль этой фирмы развивал скорость 14,5 км/ч (километров в час) и не имел коробки передач. Но его смело можно назвать "отцом" современных автомобилей, так как он имел уже приемлемый 4-х тактный двигатель и карбюратор.
СПРАВКА: двигатель внутреннего сгорания работает в 4-х тактном режиме: 1-й такт - движение поршня вниз и всасывание смеси бензина с воздухом; 2-й - движение поршня вверх и сжатие образовавшейся смеси; 3-й - рабочий ход; при воспламенении сжатой горючей смеси давление газов двигает поршень вниз; 4-й - движение поршня вверх, при котором выбрасываются отработанные газы.
В дальнейшем на автомобиль "Мерседес-Бенс" была установлена 4-х скоростная коробка передач, и постепенно улучшались другие качества автомобиля. Безусловно, первый автомобиль не был массовым из-за большой стоимости. Большинство деталей изготовлялись для конкретной машины (никакой стандартизации) и сборка проводилась вручную.
Настоящий переворот в машиностроении произвел американец Форд, внедривший 1903 г. конвейер и стандартизировавший многие узлы и детали машин. Благодаря этому стоимость автомобилей резко снизилась.
Уже к 1913 г. производство автомобилей "Форд" достигло 1000 единиц
ЛЕКЦИИ ПО ДИСЦИПЛИНЕ «ИСТОРИЯ ИНЖЕНЕРНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ»
ежедневно, рис.4.31. Все последующие машиностроительные предприятия использовали опыт Форда.Двигатель не остался без изменений. Продолжались попытки сделать его более экономичным и в 1892 г. немецкий изобретатель Дизель получил патент на одноименный двигатель, рис.4.32. В течение нескольких лет он совершенствовался и, в конце концов, нашел свою нишу в применении.
ЛЕКЦИИ ПО ДИСЦИПЛИНЕ «ИСТОРИЯ ИНЖЕНЕРНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ»
5 СОВРЕМЕННЫЕ АСПЕКТЫ И НАПРАВЛЕНИЯ РАЗВИТИЯ
ИНЖЕНЕРНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ
В качестве исторических вех принято считать:Мехатроника - это новое направление современной науки и техники, которое стремительно развивается в последнее десятилетие во всем мире.
Современный термин "мехатроника" был введен японской фирмой Yaskawa Electric в 1969 году и зарегистрирован как торговая марка в году. Это название получено комбинацией слов "МЕХАТРОНИКА" = "МЕХА ника" + "элек ТРОНИКА". Обе части термина "мехатроника" имеют греческие лингвистические корни (по-гречески: "mechane" - машина и "electron" - янтарь).
Становление мехатроники как новой области науки и техники базируется на фундаментальных основах механики и ее неоспоримых прикладных достижениях. "От Механики к Мехатронике" — такой предельно краткой формулой может быть сформулирована ведущая тенденция в современном машиностроении, которая появилась в 80-х годах 20 века и сегодня является общепризнанным положением. Именно от «Механики» взяла «Мехатроника» первую половину своего имени и это отнюдь не случайно.
«Мехатроника» - это область науки и техники, основанная на синергетическом объединении узлов точной механики с электронными, электротехническими и компьютерными компонентами, обеспечивающая проектирование и производство качественно новых модулей, систем и машин с интеллектуальным управлением их функциональными движениями".
В определении особо подчеркнута триединая сущность мехатронных систем, в основу построения которых заложена идея глубокой взаимосвязи механических, электронных и компьютерных элементов.
Поэтому, наиболее распространенным графическим символом мехатроники стали три пересекающихся круга (см. рисунок 5.1), помещенные во внешнюю оболочку «Производство - Менеджмент Требования рынка». На стыках этих наук и возникают новые идеи мехатроники. Научно-техническое решение можно считать "истинно мехатронным", если компоненты не просто взаимодействуют друг с другом, но при этом образованная система обладает новыми свойствами, которые не были присущи составляющим ее частям.
ЛЕКЦИИ ПО ДИСЦИПЛИНЕ «ИСТОРИЯ ИНЖЕНЕРНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ»
Рис.5.1 – Схема направлений и графический символ мехатроники Мехатронный подход в построении машин нового поколения заключается в переносе функциональной нагрузки от механических узлов к интеллектуальным (электронным, компьютерным и информационным) компонентам, которые легко перепрограммируются под новую задачу и при этом являются относительно дешевыми. Так функциональный анализ производственных машин показывает, что доля механической части сократилась с 70% в начале 90-х годов до 20-30% в настоящее время, рис.5.2.
ЛЕКЦИИ ПО ДИСЦИПЛИНЕ «ИСТОРИЯ ИНЖЕНЕРНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ»
В качестве примера, на рис.5.3 и 5.4 приведены схемы металлорежущих станков традиционной структуры и мехатронной структуры с ограниченным количеством функций, выполняемых механической компонентой.Рис. 5.3 – Схема конструкции металлорежущего станка традиционной структуры Метод мехатроники основан на системном сочетании таких ранее обособленных естественно-научных и инженерных направлений, как точная механика, микроэлектроника, электротехника, компьютерное управление и информатика.
Синергия (греч.) - это совместное действие, направленное на достижение общей цели. Например, на футбольном поле игроки объединяются в команду во имя общей цели - забить максимальное количество голов и победить соперника.
В мехатронике все энергетические и информационные потоки направлены на достижение единой цели - выполнить программное движение с заданными показателями качества. Важно подчеркнуть, что при
ЛЕКЦИИ ПО ДИСЦИПЛИНЕ «ИСТОРИЯ ИНЖЕНЕРНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ»
синергетическом объединении достигается результат больший, чем арифметическая сумма вкладов отдельных частей системы.Рис.5.4 – Схема конструкции металлорежущего станка мехатронной структуры Сегодня мехатронные модули и системы находят широкое применение в следующих областях:
станкостроение и оборудование для автоматизации, технологических процессов в машиностроении;
промышленная и специальная робототехника;
- авиационная и космическая техника;
- военная техника, машины для полиции и спецслужб;
- электронное машиностроение и оборудование для быстрого прототипирования;
автомобилестроение (приводные модули "мотор-колесо", антиблокировочные устройства тормозов, автоматические коробки передач, системы автоматической парковки);
нетрадиционные транспортные средства (электромобили, электровелосипеды, инвалидные коляски);
- офисная техника (например, копировальные и факсимильные аппараты);
- периферийные устройства компьютеров (например, принтеры, плоттеры, дисководы CD-ROM);
ЛЕКЦИИ ПО ДИСЦИПЛИНЕ «ИСТОРИЯ ИНЖЕНЕРНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ»
- медицинское и спортивное оборудование (биоэлектрические и экзоскелетные протезы для инвалидов, тонусные тренажеры, управляемые диагностические капсулы, массажеры и т.д.);- бытовая техника (стиральные, швейные, посудомоечные машины, автономные пылесосы);
- микромашины (для медицины, биотехнологии, средств связи и телекоммуникации) ;
- контрольно-измерительные устройства и машины;
- лифтовое и складское оборудование, автоматические двери в отелях и аэропортах;
- фото- и видеотехника (проигрыватели видеодисков, устройства фокусировки видеокамер);
- тренажеры для подготовки операторов сложных технических систем и пилотов;
- железнодорожный транспорт (системы контроля и стабилизации движения поездов);
- интеллектуальные машины для пищевой и мясомолочной промышленности;
- полиграфические машины;
- интеллектуальные устройства для шоу-индустрии, аттракционы.
5.2 Робототехника 5.2.1 История робототехники Роботом принято считать электромеханическое, гидравлическое или пневматическое устройство, которое способно выполнять различные операции. Данное слово довольно прочно вошло наш обиход и современную речь. Все подобные машины способны реализовывать свои потенциальные возможности практически в любом месте.
Главное предназначение робота - заменить человека в тех местах, где требуется высокая физическая устойчивость и точность. Кроме этого, такие устройства довольно часто применяются во время различных испытаний.
Беспилотные самолеты-разведчики, саперные тралы, а также известные советские луноходы – все это, они - роботы. Однако самая большая мечта создателей - человекообразная машина, только начинает приобретать нужные очертания.
корни. Впервые ещё в 1920г. его ввел известный чешский писатель Карел Чапек в своей фантастической пьесе «R. U.
R.» («Россумовские универсальные роботы»), где фигурировали так названы механические рабочие,
ЛЕКЦИИ ПО ДИСЦИПЛИНЕ «ИСТОРИЯ ИНЖЕНЕРНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ»
физических работах. Чешское слово "robota" означает тяжелый подневольный труд.У американского писателя-фантаста Айзека Азимова в цикле рассказов собой должно представлять устройство называемое бездействие допустить нанесение вреда человеку.
существование, если действия, связанные с этим, не противоречат первому и второму законам.
Обратимся к более глубокой истории. С древних времен человечество пыталось использовать машины для облегчения своего труда, выполнения наиболее тяжелой работы, требуемой значительных физических усилий.
Итак:
Впервые роботизированное устройство было предложено для развлечения в IX в. до н.э.
Архит Тарентский (428-347 до н.э) спроектировал первую самостоятельно двигать крыльями при помощи пара и перемещаться на расстояние до 200 метров, рис.5.5.
послуживших основой для фильма «Ясон и Аргонавты» с Рэя Харрихаусена. Так, согласно одному мифу, после похищения Европы Зевсом, громовержец отправил её на и бронзовый робот-гигант, рис.5.6. Но есть и другие легенды, в которых Талос имеет иное происхождение. Множество деталей, присутствующих в мифах и легендах, косвенно указывают на то, что скорее всего, Талос был первым в истории управляемым роботом. Это была первая волна изобретений, связанных с роботами.
Следующим шагом стало изобретение древнегреческим математиком Ктесибием Александрийским (285-222 г.г. до н.э.) хитроумных водяных часов, названных клепсидрами, ставшими самыми точными определителями времени вплоть до изобретения в XVII веке голландским физиком Христианом Гюйгенсом маятника для поддержания незатухающих колебаний.
ЛЕКЦИИ ПО ДИСЦИПЛИНЕ «ИСТОРИЯ ИНЖЕНЕРНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ»
ЛЕКЦИИ ПО ДИСЦИПЛИНЕ «ИСТОРИЯ ИНЖЕНЕРНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ»
В Китае во 2 век до н.э. разрабатываются сложнейшие автоматы, включая целые механические оркестры.автоматических механизмов. В "Театре автоматов" описано даже устройство целого театра, представление в котором разыгрывали фигурки-куклы, приводимые в Вторая волна изобретений роботов приходится на начало нашей эры. Аль-Хорезми, автор фундаментальной книги "Аль-джебр аль-мукабала" (от ее названия происходит слово "алгебра"), вводит понятие алгоритма и десятичную систему счисления (820 г. н.э.).
Механик араб Аль-Джазари (1206г.) в "Книге о познании хитроумных механических приспособлений" объясняет принципы устройства разных автоматов.
появление "самодвижущихся повозок", летательных робототехники) разрабатывает детальный проект механического человека, способного двигать руками и поворачивать голову. Механизм выглядит как бронированный рыцарь. В дневниках Леонардо появляется набросок суммирующей вычислительной машины на зубчатых колесах, способной складывать 13-разрядные десятичные числа. Его суммирующую машину можно считать изначальной вехой в истории вычислительной техники, рис.5.7.
В 1500 г. Леонардо да Винчи строит механического льва, который при въезде короля Франции в Милан выдвигался, раздирал когтями грудь и показывал герб Франции. В его коллекции нашлось место механическим птице. Однако, самым интересным экспонатом стал созданный в 1495 году механический манекен в форме вооруженного рыцаря, получивший название «Робот Леонардо».
ЛЕКЦИИ ПО ДИСЦИПЛИНЕ «ИСТОРИЯ ИНЖЕНЕРНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ»
В 1525 г. Ганс Бульман (Hans Bullmann) в Нюрнберге строит первого реального механического робота. Считают, что было создано несколько полностью завершенных механизмов, в том числе, играющие на Предполагается, что механизмы имели паровую тягу.летать.
В 1564 г. Амбруаз Паре (Ambroise Pare), издает "Dix livres de chirurgie", в которой описывает проект механической руки.
Рука во всем схожа с человеческой и имеет механические "мускулы".
ЧВ 1736 г. Жак де Вокансон. Создал Механического игрока на флейте– кукла действительно играла, перебирая пальцами и выдыхая во флейту воздух из мешков.
Рис.5.8 – Механические куклы Ж.Вокансона
ЛЕКЦИИ ПО ДИСЦИПЛИНЕ «ИСТОРИЯ ИНЖЕНЕРНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ»
утку, покрытую настоящими перьями, которая могла ходить, двигать крыльями, крякать, пить воду, клевать —маятниковые часы с пастушком и собачкой — Дро повез в столицу Испании город Мадрид к королю Фердинанду IV. Демонстрация производилась в присутствии многочисленной придворной знати.Возбужденный Дро показал им созданное произведение. Когда часовая стрелка подходила к какому-либо часу, пастушок подносил ко рту флейту и свистел столько раз, сколько должно было пробить часов.
Рис.5.9 – Механическая утка Вокансона У ног пастушка лежала собачка, охранявшая корзинку с яблоками. Стоило кому-нибудь из придворных дотронуться до фруктов, как собачка начинала лаять. Сняли руку с фруктов — лай тут же прекращался. Наконец, в году, весной, появился на свет первый механический человек. Это был механический «пишущий мальчик».
Когда механический человек писал, он двигал головой, и казалось, следил за тем, что пишет. Окончив работу, писец посыпал лист бумаги песком для высушивания чернил, а потом стряхивал его. По чистой случайности «пишущий мальчик» и часть его «рукописей», а также и другие изобретения отца и сына Дро сохранились до наших дней. После долгих странствий сейчас они находятся в Швейцарии.
ЛЕКЦИИ ПО ДИСЦИПЛИНЕ «ИСТОРИЯ ИНЖЕНЕРНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ»
Эдвард Эллис (Edward S. Ellis) в своём историческом романе «Громадный охотник, или Паровой Человек в прериях» в1865 году поведал миру об одарённом конструкторе — Джонни Брейнерде (Johnny Brainerd), который первым построил «человека, который движется на пару». Паровой Человек не был роботом в полном смысле этого слова — скорее, это был паровоз в форме человека. По свидетельствам очевидцев, первый Паровой Человек мог двигаться со скоростью до 30 миль в час (около 50 км/час), а фургон, запряжённый этим механизмом, шёл почти так же стабильно, как железнодорожный вагон. Единственным существенным недостатком была необходимость постоянно возить с собой огромное количество дров.5.2.2 Современные достижения робототехники Один из первых современных роботов был построен американским инженером Венсли в 1925 году. Так была начата четвертая волна развития робототехники. Автор дал ему имя мистер Телевокс. Когда у Венсли спросили, откуда это странное имя, он ответил: «Первая половина слова — «теле» — греческая и означает «далекий», вторая — «вокс» — латинская и значит «голос». Своим названием я хотел подчеркнуть способность моего робота отвечать на команды, поданные голосом человека».
несколько различных приказаний, отдаваемых человеком при помощи звуков свистка. Подавая различное число повторных свистков, Венсли мог заставить робота открыть окна, закрыть дверь, пустить в ход вентилятор и пылесос, а некоторые домашние работы, заменяя домработницу.
ЛЕКЦИИ ПО ДИСЦИПЛИНЕ «ИСТОРИЯ ИНЖЕНЕРНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ»
Первые программируемые механизмы с манипуляторами появляются в 1930х годах в США. Толчком к их созданию послужили работы Генри Форда (1863-1947) линии или конвейера (1913). Разбив весь процесс производства изделия на большое количество маленьких этапов, Форд добился снижения требований к квалификации рядового работника. До него автомобиль могла собрать только команда высоких профессионалов. Теперь же профессионалы требовались только для выработки четкого плана производственного процесса.В 1942 г. Айзек Айзимов публикует разработанный им три закона робототехники:
1) Робот не может нанести вред человеку, или через бездействие допустить 2) Робот должен подчиняться приказам, отдаваемым человеком, если их закона.
3) Робот должен защищать свое собственное существование, если действия, и второму законам.
Пятой волной развития робототехники принято считать 1948 год, когда основоположник кибернетики, выдающийся американский математик «Кибернетика», в которой очень много говорилось о количественной оценке различных сигналов. У истоков робототехники стояли талантливые люди. Сын профессора славистики, выходца из России, Норберт Винер получил ученую степень доктора философии в Гарвардском университете уже в возрасте 18 лет !
В 1954 г. Джордж Девол-мл. подал заявку на патент на программируемое устройство для переноски предметов, или манипулятор.
Джордж Девол (George Devol) и Джо Энглебергер (Joe Engleberger) разработали роботическую руку, управляемую посредством электронного контролера. Движения руки программировались и осуществлялись при помощи гидравлической системы. Данное устройство получило название «Анимэйт (Unimate)». Впервые роботическая рука была применена на конвейерах сборки автомобилей компании Дженерал Моторс (General Motors).
Сам термин промышленный робот впервые появился на страницах американского журнала «American metal & market» в 1960 году.
Первые роботы были выпущены фирмой АМF в 1962 г. в США, затем в: 1966 г. в СССР (ЭНИКМАШ); 1967 году в Великобритании; 1968 г. в Швеции и Японии; 1971 г. в ФРГ; 1972 г. в Франции; 1973 г. в Италии.
Сейчас принято разделение роботов на 3 поколения.
ЛЕКЦИИ ПО ДИСЦИПЛИНЕ «ИСТОРИЯ ИНЖЕНЕРНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ»
Первое поколение - ПР. Это автоматические устройства, оснащенные одной или несколькими руками. Движение руки робота осуществляется по нескольким управляемым координатам (2-8) с заданной скоростью и необходимой точностью. Оператор может перепрограммировать движения робота. После этого робот однообразно выполняет движения по жесткой программе. Такие роботы не имеют датчиков обратной связи и не могут реагировать на изменения внешней среды, рис.5.11. Предполагается, что внешняя среда - постоянна. Программирование движений осуществляется методом обучения. Программа предусматривает запись всех движений манипулятора.Второе поколение - адаптивные роботы. Адаптивные роботы - это роботы, управляемые устройством адаптивного управления. Эти роботы могут реагировать на изменения внешней среды. Роботы оснащены датчиками обратной связи. Область применения роботов расширена (по сравнению с роботами первого поколения) за счет возможности корректировать программу в зависимости от изменений внешней среды, рис.5.12.
Третье поколение – роботы с искусственным интеллектом. Задание на работу роботу вводится в более общей форме. Робот планирует свои действия в неопределенной и меняющейся обстановке. Робот действует аналогично человеку, который понял поставленную задачу, проанализировал окружающую среду и знает, какие движения необходимо сделать для выполнения задачи.
головной том аванпроекта E8. Это был «Луноход-1», луноход
ЛЕКЦИИ ПО ДИСЦИПЛИНЕ «ИСТОРИЯ ИНЖЕНЕРНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ»
первый в истории аппарат, успешно покоривший лунную поверхность ноября 1970 г.Общая масса первого лунохода составляла 756 кг, его длина с открытой крышкой солнечной батареи 4,42 метра, ширина 2,15 метра, высота 1, метра. Он был рассчитан на 3 месяца работы на поверхности Луны. В действительности же «Луноход-1» проработал в три раза дольше, проехал 540 м и передал на Землю 211 лунных панорам и 25 тысяч фотографий.
Правда, первый человек на Луне оказался все-таки немного раньше — июля 1969 г.
1974 г. фирма ASEA разработала электромеханический промышленный робот. 1976 г. на рынке промышленных роботов появилась продукция фирмы Cincinnati Milacron. 1978 г. фирма Unimate получила заказ от корпорации General Motors на разработку программируемого универсального сборочного робота PUMA.
В1982 г. фирмы General Electric, Volkswagen и Hitachi подписали соглашение о продаже роботов на рынке США.
Рис.5.14 – Роботизированная линия сварки корпусов автомобилей
ЛЕКЦИИ ПО ДИСЦИПЛИНЕ «ИСТОРИЯ ИНЖЕНЕРНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ»
21 ноября 2000 года на первой в истории выставке ROBODEX в городе Йокохама (Япония) Tokyo Sony Corporation представляет своего первого человекоподобного робота "SDR-3X", рис.5.15.2002 г. Первый в мире серийно выпускаемый бытовой робот-пылесос Trilobite представлен на рынок шведской компанией Electrolux. Робот ориентируется с помощью ультразвукового сонара и имеет высоту 13 см при диаметре 35 см. Максимальная скорость уборки — 40 квадратных сантиметров в секунду. Когда аккумуляторы робота "садятся", Trilobite сам находит зарядное устройство и едет заряжаться, рис.5.16. 2003 г.
Американская комания iRobot, которая является одним из крупнейших инвестиционных проектов Acer в области робототехники, представляет робот-пылесос Roomba стоимостью $200. По данным компании iRobot, больше половины хозяев "Румбы" дают ему имена или прозвища.
Рис.5.15 – Антропоморфные роботы SDR-3X
ЛЕКЦИИ ПО ДИСЦИПЛИНЕ «ИСТОРИЯ ИНЖЕНЕРНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ»
Миниатюрные роботы-коллективисты способны взаимодействовать друг с другом и обмениваться информацией. У каждого бота имеется произвольный набор параметров - "генов", определяющих поведение. В процессе исследований отбирали ботов, наиболее эффективно отыскивающих пищу. Их "геномы" затем смешивались, что приводило к постепенной эволюции, рис.5.17.Специалисты Массачусетского технологического института разработали робота Domo, способного взять у хозяина тарелки и положить их на полку. Аарон Эдсингер, занимающийся разработкой робота, сообщил, что Domo является следующим поколением роботов. Мозг Domo - компьютеров, которые анализируют окружающий мир и решают, на чём сосредоточить своё внимание, рис.5.18.
В Гарвардском университете создан летающий робот размером с муху.
Вес робота составляет 60 миллиграмм, размах его крыльев - 3 см. Пока гарвардская муха может летать, пользуясь только внешним источником энергии.
Хироши Ишигуро представил новую версию своего знаменитого андроида Repliee. Repliee Q1Expo выглядит, как настоящая женщина.
Движения андроида по пластике практически неотличимы от человеческих, рис.5.19.
Экзоскелет HAL дает возможность своему пользователю поднимать груз, в десять раз превышающий норму, которую тот мог поднимать без него.
По словам одного из разработчиков, профессора Ёсиюки Санкая (Yoshiyuki Sankai), принцип работы экзоскелета строится на наблюдении за напряжением мускулов человека, рис.5.20.
ЛЕКЦИИ ПО ДИСЦИПЛИНЕ «ИСТОРИЯ ИНЖЕНЕРНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ»
В Стэнфордском университете создан робот-геккон Stickybot, способный самостоятельно передвигаться по гладким вертикальным поверхностям и даже стеклу. Принцип работы Stickybot позаимствован у природы, в частности у ящериц гекконов, рис.5.21.Устройствами, разрабатываемыми в рамках нанотехнологии являются нанороботы – машины сверхмалых размеров, выполняющие полезную работу в труднодоступных местах. Нанороботы-хирурги способны ремонтировать и очищать кровеносные сосуды в организме человека, удалять камни из почек, вводить лекарства в определенный орган по таймеру или в зависимости от внешних условий, например от содержания кислорода или сахара в крови, рис.5.22.
ЛЕКЦИИ ПО ДИСЦИПЛИНЕ «ИСТОРИЯ ИНЖЕНЕРНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ»
Микророботы для переработки минерального сырья добывают и обогащают руды металлов глубоко под землей или на других планетах.Шахты и карьеры заменяются системой скважин, через которые добывающие микророботы закачиваются под землю и выносятся рабочей жидкостью на поверхность вместе с добытой обогащенной рудой.
Микророботы перерабатывают промышленные и бытовые отходы, извлекая из них металлы и перерабатывая органические вещества в метан, возможно, в «симбиозе» с бактериями и генетически сконструированными организмами-мусорщиками.
5.3 Нанотехнологии Первые живые клетки возникли 3,5 млрд. лет назад, с чего и началась история манипуляции биомашинами генетическим материалом. Однако, только сейчас появилась возможность использования и управления процессов изменения материи по заданной человеком программе.
неисчерпаемых возможностях атома. Внесем понимание слова «нано». Это расстояние порядка – 10-9 метра. Продолжим далее рассмотрение исторического ряда событий открытий в создали электронный микроскоп, позволяющий исследовать 1968 г. Альфред Чо и Джон Артур (американская компания Bell) разработали теоретические основы нанотехнологии при обработке поверхности.
1974 г. Японский физик Норио Танигучи ввел в научный оборот слово «нанотехнологии».
1985 г. Американские физики Роберт Керл, Хэрольд Крото и Ричард Смейли создали технологию, позволяющую измерять предметы размером в 1 нанометр.
1998 г. Голландский физик Сеез Деккер создал транзистор на основе нанотехнологий.
2002 г. Олег Суитин (Россия) – революционные разработки в области вычислительной техники на базе нанотехнологий. Плотность размещения данных увеличена в 100000 раз.
Современное направление исследований нанотехнологий классифицируется на: мокрую, сухую и компьютерную.
Под «мокрой» нанотехнологией понимают изучение биологических систем, которые существуют в жидкости ( мембраны, ферменты….). «Сухая»
нанотехнология берет начало от физической химии и науки о поверхностных явлениях. Компьютерная нанотхнология позволяет моделировать поведение молекул в системе.
ЛЕКЦИИ ПО ДИСЦИПЛИНЕ «ИСТОРИЯ ИНЖЕНЕРНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ»
Направления развития нанотехнологий:- Синтез вещества на молекулярном уровне (именно так, по мнению футурологов, жителям Земли удастся решить проблему голода).
- Решение проблемы человеческого бессмертия (и геронтологии), за счет введения в организм нанороботов, предотвращающих старение клеток.
- Ликвидация вредного воздействия и влияния жизнедеятельности человека на окружающую среду.
- Промышленность. Замена традиционных методов производства сборкой молекулярными роботами. 3D – принтеры.
- Освоение космоса нанороботами для подготвки высадки человека.
- Кибернетика. Скачек в развитии ИТ и компьютерной техники.
Рабочие чатоты компьютеров – Терагерцы. Быстродействующая белковая память, переселение человеческого интеллекта в компьютер.
Многие из современных направлений в материаловедении, нанотехнологии, наноэлектронике, прикладной химии связано с углеродными каркасными структурами.
Углеродные каркасные структуры – это большие молекулы, состоящие исключительно из атомов углерода, рис. 5.23. Особенность молекул – каркасная форма в виде полой оболочки. Самая знаменитая из структур – фуллерен С60. Открыт в 1985 году, Нобелевская премия 1996 год.
В 1991 году были обнаружены длинные цилиндрические углеродные образования - нанотрубки разнообразных форм, слойности и длины.
Специфические Свойства нанотрубок: электрические, оптические, магнитные.
Свойства и область использования нанотрубок:
ЛЕКЦИИ ПО ДИСЦИПЛИНЕ «ИСТОРИЯ ИНЖЕНЕРНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ»
- Прочный материал (трос толщиной с волосинку удерживает сотни кг груза).- Электрические свойства (полупроводниковые-проводниковые) делают его основным материалом в наноэлектронике – чипы компютеров.
- В качестве прочных гибких и тонких дисплеев компьютеров.
- Контейнер для атомов и молекул веществ.
- Военная область (самолеты – невидимки на основе технологии Stealth).
- Одежда и обувь (носки для армии США).
«