第二卷 工业时代_2-19 蒸汽之力 力和压强(2/3)
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“有墨家巨子主事,蒸汽机当是没有什么困难了。”李易叹道,“不知这蒸汽机是个什么模样,黄公,可否让我这山野匹夫一开眼界?”
“尚书谦虚了,蒸汽机现在只是完成了样机制作,测试和修改正在进行中。”黄尧说,“尚书若是有兴趣,这个项目倒是需要工部的帮忙。”
李易顿时来了精神:“哦?贵司若是有工部使得上力的地方,尽管开口!”
黄尧说:“墨家先贤留下的《墨经集注》里也有些许关于利用蒸气的记载,只是很零散,而且缺乏实用性。太子看过这部书,将这些零散的记录总结之后,得出了一个比较完整的想法,这年少轻狂看来也不是坏事,在下也只是沿着他的思路,将纸上的东西变成实物而已。其实说起蒸汽机的原理,并不复杂,最简单的例子,咱们平时用铜壶烧水,水开了之后,水汽从壶嘴之中喷出,壶盖也会被顶起来发出声响,这就是蒸气的力量。蒸汽机,就是造一个很大的铜壶,用来烧水,产生大量的水汽,将水汽引入半封闭的铜管,就能推动铜管里的塞子活动,这就是机械力量的来源。”
李易虽然一字一句听得很清楚,但是对蒸汽机的原理仍然是云里雾里。有道是说起来容易做起来难,《墨经集注》里面,第56代巨子青云子记述了蒸气引入密闭容器,冷却后从低处汲水进入腔体的记载,而第57带巨子虚谷子则是反过来,用高温蒸气的压力将密闭腔体内的水通过连通器的结构压到高处,使用多个这种装置接力,可以从河流中将水送至山顶(帕平和塞维利机原理)。
但是这两代巨子的方式只能存在于纸上,像这样的供水方式,消耗的煤炭多而效率低下,赵维从手机里找的蒸汽机原理是瓦特改良之后的往复式蒸汽机(跳过了纽可门机原理),相比于青云子和虚谷子的蒸汽机,往复机的能量转换效率高了不是一点点,而且这种塞维利机纯粹是用来抽水的,不能它用,往复式蒸汽机则是将蒸气的内能转化成活塞的往复运动,能量转换可以持续,用途也更广泛。
黄尧根据赵维提出的蒸汽机原理,将蒸汽机分成了几个大的部分,锅炉、气缸、冷凝器和连杆控制机构,锅炉烧煤,将水变成高温高压蒸汽,通过管路和阀门引入气缸,推动活塞运动做功,做功之后的蒸气温度降低,进入冷凝器凝结成水,体积大量收缩,大气压将活塞压回来,如此循环往复……
连杆控制机构则是由曲轴驱动,控制从锅炉进入气缸、从气缸进入冷凝器的阀门开闭时机,实现了蒸气进入和排出过程的自动化,往复式蒸汽机能连续运转的关键就在于此!
从图纸到样机,黄尧用了5天时间就制造出来了,那时候平炉都还没产出第一炉钢水,但是这一台样机充其量只是个新奇的玩具,它的锅炉只能装1公升的水,气缸也很小,只能带动风车,让它变成风扇之外,没有更大的用处。
因为蒸汽机的出现,很多新的物理参数和定义的问题也出来了,能量、功、功率、压强和力,除了力之外,都是新出现的物理概念,要提升蒸汽机的性能,就必须要对这些物理概念进行定量计算和分析。这些物理概念中,最基础的就是力了。
自古以来,人们对力的认识是最直观的,也是最混淆的。正因为如此,天机院成立之初,就有了一个物理研究组,主攻动力学领域,可几个月时间过去了,后成立的化学组已经变成了化学研究室,物理组还是那样不显眼,因为牛顿的三大定律乍一听全是废话,好像都是大家平时的生活经验,用得着你们一个研究组专门去总结?闲的没事干?
如今,蒸汽机的出现,力和功、能这些概念扯上关系,需要复杂的定量计算的时候,大家才发现,原来物理组研究的动力学竟有这么大的用途。比如说力的基本单位——牛(这个牛跟牛顿没什么关系了,有个词“力大如牛”,所以牛
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