Cronologia della tecnologia del motore termico - Timeline of heat engine technology
Termodinamica |
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Questa linea temporale della tecnologia dei motori termici descrive come i motori termici sono stati conosciuti fin dall'antichità, ma sono stati trasformati in dispositivi sempre più utili dal 17° secolo quando è stata acquisita una migliore comprensione dei processi coinvolti. Continuano ad essere sviluppati oggi.
In ingegneria e termodinamica , un motore termico esegue la conversione dell'energia termica in lavoro meccanico sfruttando il gradiente di temperatura tra una "sorgente" calda e un " pozzo " freddo . Il calore viene trasferito al lavandino dalla sorgente e in questo processo parte del calore viene convertito in lavoro .
Una pompa di calore è un motore termico che funziona al contrario. Il lavoro viene utilizzato per creare un differenziale termico. La cronologia include dispositivi classificati sia come motori che come pompe, oltre a identificare significativi passi avanti nella comprensione umana.
Antecedente al XVII secolo
- Preistoria - Il pistone di fuoco utilizzato dalle tribù del sud-est asiatico e delle isole del Pacifico per accendere il fuoco.
- C. 450 aC - Archita di Taranto usava un getto di vapore per spingere un uccello giocattolo di legno sospeso su un filo.
- C. 50 dC - Macchina dell'eroe di Alessandria , conosciuta anche come Eolipile . Dimostra il moto rotatorio prodotto dalla reazione dei getti di vapore.
- C. X secolo - La Cina sviluppa le prime lance da fuoco che erano armi simili a lance che combinavano un tubo di bambù contenente polvere da sparo e schegge simili a proiettili legati a una lancia.
- c XII secolo - Cina, la prima rappresentazione di una pistola che mostra un corpo metallico e un proiettile aderente che massimizza la conversione dei gas caldi in movimento in avanti.
- 1125 - Gerbert, professore nelle scuole di Reims, progetta e costruisce un organo soffiato dall'aria che fuoriesce da un recipiente in cui è stato compresso dall'acqua riscaldata.
- 1232 - Primo uso documentato di un razzo . In una battaglia tra cinesi e mongoli. (vedi Cronologia della tecnologia missilistica e missilistica per una visione dello sviluppo dei razzi nel tempo.)
- C. 1500 - Leonardo da Vinci costruisce l' Architonnerre , un cannone a vapore.
- 1543 - Blasco de Garay, un ufficiale della marina spagnola mostra una barca a propulsione senza remi né vela che utilizzava la reazione di un getto emesso da un grande bollitore d'acqua bollente.
- 1551 - Taqi al-Din mostra una turbina a vapore , usata per ruotare uno spiedo .
XVII secolo
- 1629 - Giovanni Branca mostra una turbina a vapore .
- 1662 - Robert Boyle pubblica la Legge di Boyle che definisce la relazione tra volume e pressione in un gas a temperatura costante.
- 1665 - Edward Somerset , il secondo marchese di Worcester, costruisce una fontana di vapore funzionante.
- 1680 - Christiaan Huygens pubblica un progetto per un motore a pistoni alimentato a polvere da sparo, ma non viene mai costruito.
- 1690 - Denis Papin - produce il design per il primo motore a vapore a pistoni.
- 1698 - Thomas Savery costruisce una pompa dell'acqua a vapore senza pistoni per pompare l'acqua dalle miniere.
18mo secolo
- 1707 - Denis Papin - produce il progetto per il suo secondo motore a vapore a pistoni in collaborazione con Gottfried Leibniz .
- 1712 - Thomas Newcomen costruisce la prima pompa dell'acqua alimentata a vapore a pistone e cilindro di successo commerciale per pompare acqua dalle miniere. È noto come motore atmosferico e funziona condensando il vapore in un cilindro per produrre un vuoto che muove il pistone per pressione atmosferica.
- 1748 - William Cullen dimostra la prima refrigerazione artificiale in una conferenza pubblica all'Università di Glasgow in Scozia.
- 1759 - John Harrison utilizza una striscia bimetallica nel suo terzo cronometro da marina (H3) per compensare i cambiamenti indotti dalla temperatura nella spirale del bilanciere. Questo converte l'espansione e la contrazione termica in due solidi dissimili in lavoro meccanico.
- 1769 - James Watt brevetta il suo primo motore a vapore atmosferico migliorato, vedi il motore a vapore Watt con un condensatore separato all'esterno del cilindro, raddoppiando l'efficienza dei motori precedenti.
- 1787 - Jacques Charles formula la legge di Charles che descrive la relazione tra il volume del gas e la temperatura. Tuttavia, non lo pubblica e non viene riconosciuto fino a quando Joseph Louis Gay-Lussac non lo sviluppa e lo fa riferimento nel 1802.
- 1791 - John Barber brevetta l'idea di una turbina a gas .
- 1799 - Richard Trevithick costruisce la prima macchina a vapore ad alta pressione. Questo usava la forza del vapore pressurizzato per muovere il pistone.
19esimo secolo
- 1802 - Joseph Louis Gay-Lussac sviluppa la legge di Gay-Lussac che descrive la relazione tra la pressione e la temperatura di un gas.
- 1807 - Nicéphore Niépce installa il suo motore a combustione interna Pyréolophore alimentato con "muschio, polvere di carbone e resina" su una barca e alimenta il fiume Saone in Francia.
- 1807 - L'ingegnere franco/svizzero François Isaac de Rivaz costruì il motore De Rivaz , alimentato dalla combustione interna di una miscela di idrogeno e ossigeno e lo utilizzò per alimentare un veicolo a ruote.
- 1816 - Robert Stirling inventa il motore Stirling , un tipo di motore ad aria calda .
- 1824 - Nicolas Léonard Sadi Carnot sviluppa il ciclo di Carnot e l'ipotetico motore termico di Carnot associato che è il modello teorico di base per tutti i motori termici . Questo dà la prima visione anticipata della seconda legge della termodinamica .
- 1834 - Jacob Perkins , ottiene il primo brevetto per un sistema di refrigerazione a compressione di vapore.
- 1850 - Rudolf Clausius definisce il concetto di sistema termodinamico e posiziona l' entropia nel senso che in ogni processo irreversibile una piccola quantità di energia termica δQ viene dissipata in modo incrementale attraverso il confine del sistema
- 1859 - Etienne Lenoir sviluppa il primo motore a combustione interna di successo commerciale , un motore monocilindrico a due tempi con accensione elettrica a gas di illuminazione (non a benzina).
- 1861 - Alphonse Beau de Rochas di Francia origina il concetto di motore a combustione interna a quattro tempi sottolineando l'importanza precedentemente non apprezzata di comprimere la miscela aria-carburante prima dell'accensione.
- 1861 - Nicolaus Otto brevetta un motore a combustione interna a due tempi costruito su Lenoir's.
- 1867 - James Clerk Maxwell postula l' esperimento mentale che in seguito divenne noto come il demone di Maxwell . Questo sembrava violare la seconda legge della termodinamica e fu l'inizio dell'idea che l'informazione fosse parte della fisica del calore.
- 1872 - Pompa a vapore pulsometrica , una pompa senza pistoni, brevettata da Charles Henry Hall. È stato ispirato dalla pompa a vapore Savery.
- 1873 - Il chimico britannico Sir William Crookes inventa il mulino a luce, un dispositivo che trasforma il calore radiante della luce direttamente in movimento rotatorio.
- 1877 - Il teorico Ludwig Boltzmann ha visualizzato un modo probabilistico per misurare l'entropia di un insieme di particelle di gas ideali, in cui ha definito l'entropia proporzionale al logaritmo del numero di microstati che un tale gas potrebbe occupare.
- 1877 - Nicolaus Otto brevetta un pratico motore a combustione interna a quattro tempi ( brevetto USA 194.047 )
- 1883 - Samuel Griffin di Bath, nel Regno Unito, brevetta un motore a combustione interna a sei tempi .
- 1884 - Charles A. Parsons costruisce la prima moderna turbina a vapore .
- 1886 - Herbert Akroyd Stuart costruisce il prototipo del motore a bulbo caldo , un motore ad accensione comandata a carica omogenea , simile al successivo diesel ma con un rapporto di compressione inferiore e funzionante con una miscela aria-carburante.
- 1892 - Rudolf Diesel brevetta il motore Diesel ( brevetto USA 608.845 ) dove un alto rapporto di compressione genera gas caldo che poi accende un carburante iniettato . Dopo cinque anni di sperimentazione e assistenza da parte dell'azienda MAN, costruisce un motore diesel funzionante nel 1897.
20 ° secolo
- 1909, il fisico olandese Heike Kamerlingh Onnes sviluppa il concetto di entalpia per la misura del lavoro "utile" che si può ottenere da un sistema termodinamico chiuso a pressione costante.
- 1913 - Nikola Tesla brevetta la turbina Tesla basata sull'effetto Boundary layer .
- 1926 - Robert Goddard degli Stati Uniti lancia il primo razzo a combustibile liquido .
- 1929 - Felix Wankel brevetta il motore rotativo Wankel ( brevetto USA 2.988.008 )
- 1929 - Leó Szilárd , in un perfezionamento del famoso scenario del demone di Maxwell, concepisce un motore termico che può funzionare solo con le informazioni, noto come motore Szilard .
- 1930 - Sir Frank Whittle in Inghilterra brevetta il primo progetto di una turbina a gas per la propulsione a getto .
- 1933 - Il fisico francese Georges J. Ranque inventa il tubo Vortex , un dispositivo di flusso di fluido senza parti in movimento, in grado di separare un gas compresso in correnti calde e fredde.
- 1935 - Ralph H. Fowler inventa il titolo " la legge zero della termodinamica " per riassumere i postulati dei fisici precedenti secondo cui l'equilibrio termico tra i sistemi è una relazione transitiva .
- 1937 - Hans von Ohain costruisce una turbina a gas
- 1940 - L'ungherese Bela Karlovitz che lavora per la società Westinghouse negli USA deposita il primo brevetto per un generatore magnetoidrodinamico , in grado di generare elettricità direttamente da un gas caldo in movimento
- 1942 - RS Gaugler di General Motors brevetta l'idea dell'Heat pipe , un meccanismo di trasferimento del calore che combina i principi della conduttività termica e della transizione di fase per gestire in modo efficiente il trasferimento di calore tra due interfacce solide.
- Anni '50 - La società Philips sviluppa lo Stirling Cryocooler a ciclo Stirling che converte l'energia meccanica in una differenza di temperatura.
- 1959 - Geusic, Schultz-DuBois e Scoville dei Bell Telephone Laboratories USA costruiscono un Three Level Maser che funziona come un motore termico quantistico che estrae il lavoro dalla differenza di temperatura di due piscine di calore.
- 1962 - William J. Buehler e Frederick Wang scoprono la lega di nichel titanio nota come Nitinol che ha una memoria di forma dipendente dalla sua temperatura.
- 1992 - Vengono costruiti i primi pratici generatori magnetoidrodinamici in Serbia e negli USA.
- 1996 - Brevetto del motore Quasiturbine . Un motore rotativo senza pistoni che utilizza un rotore romboidale i cui lati sono incernierati ai vertici. Simile al motore Wankel , ma la cerniera ai bordi consente un aumento del rapporto di volume.
21 ° secolo
- 2011 - Shoichi Toyabe e altri mostrano un motore Szilard funzionante utilizzando un microscopio a contrasto di fase dotato di una telecamera ad alta velocità collegata a un computer.
- 2011 - La Michigan State University costruisce il primo motore a disco wave . Un motore a combustione interna che elimina pistoni, alberi a gomiti e valvole e li sostituisce con un generatore di onde d'urto a forma di disco.
- 2019 - Un motore termico quantistico funzionante basato su un sistema spin-1/2 e tecniche di risonanza magnetica nucleare è dimostrato da Roberto Serra e altri presso le Università di Waterloo , l' Universidade Federal do ABC e il Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas .
- 2020 - Un dispositivo su scala nanometrica che può fungere da motore termico o da frigorifero utilizzando effetti quantistici, viene dimostrato dagli ingegneri del RIKEN Advanced Device Laboratory.
Guarda anche
Tempistiche correlate
- Cronologia della tecnologia missilistica e missilistica - I razzi possono essere considerati motori termici. Il calore dei loro gas di scarico viene convertito in energia meccanica.
- Storia della termodinamica
- Storia del motore a combustione interna
- Cronologia della tecnologia del motore e del motore
- Cronologia della potenza del vapore
- Cronologia della tecnologia di misurazione della temperatura e della pressione
Per una cronologia di tutta la tecnologia umana vedere
Riferimenti
citazioni
Fonti
- La crescita del motore a vapore Robert H. Thurston, AM, CE, New York: D. Appleton and Company, 1878.
- Ingegneria termica nei sistemi energetici Di Ryoichi Amano, Bengt Sundén, pagina 40, capitolo "Breve storia della conversione dell'energia". Volume 22 di Developments in Heat Transfer Series, serie internazionale sugli sviluppi nel trasferimento di calore, v. 22, WIT Press, 2008. ISBN 1-84564-062-4 ; ISBN 978-1-84564-062-0 .