Текст книги "100 знаменитых изобретений"

Фотография

Фотография была изобретена в первой половине XIX в. Ее появление – прямое следствие успехов физики и химии. Сущность фотографического процесса сводится к тому, что с предмета или группы предметов в особом приборе, называемом фотографической камерой, получают оптическое изображение на светочувствительном материале.

Людям давно был известен способ копирования изображений, получаемых в ящике специального устройства. Этот способ состоял в следующем: если в одной из стенок темной комнаты или коробки проделать небольшое отверстие и расположить перед ним (вне комнаты или коробки) освещенный предмет, то на противоположной стене образуется опрокинутое отображение этого предмета. Это явление стало широко использоваться в практике с XVI в., когда неаполитанский физик Д. Порта сконструировал усовершенствованную камеру-обскура и для получения более ясного изображения вставил в находящееся в передней стенке камеры отверстие двояковыпуклое («зажигательное») стекло. Этот принцип до настоящего времени служит основой для всех фотографических аппаратов, как бы ни было сложно их устройство.

Когда было получено высокое качество световых изображений, встала новая задача: постараться удержать эти изображения. Здесь на помощь пришло химическое действие солнца, т. е. способность солнечных лучей изменять цвет некоторых веществ. Основываясь на этом свойстве, изобретатели и ученые скоро пришли к мысли, что если покрыть матовое стекло камеры-обскура каким-нибудь светочувствительным веществом, то можно как бы отпечатать световое изображение. В XVIII в. химики располагали уже довольно большим запасом таких светочувствительных веществ.

В 1727 г. немецкий врач Шульце установил светочувствительность солей серебра. Он первый поставил опыты воспроизведения контуров под действием света на пластинке, покрытой азотнокислой солью серебра. В 1802 г. английские ученые Т. Веджвуд и Г. Деви открыли светочувствительность бумаги, пропитанной солями серебра. Веджвуд сумел получить изображение на слое нитрата серебра AgNO₃, но не сумел его закрепить.

Все это подготовило дальнейшие успехи в области фотографии. В 1811 г. француз Ж.-Н. Ньепс занялся поисками способа закрепления изображения, полученного камерой-обскура.

Независимо от работ Ньепса над проблемой запечатления световых изображений занимался французский художник Луи-Жак Дагер. Узнав, что Ньепс работает уже несколько лет над той же проблемой, Дагер предложил работать вместе. В 1833 г. Ньепс умер, а в 1839 г. Дагер, продолжая работать, изобрел свой способ фотографирования. Со своим изобретением Дагер познакомил прежде всего знаменитого французского физика Араго. 7 января 1839 г. Араго сделал во Французской Академии наук доклад о новом изобретении, предрекая ему великое будущее. Эта дата считается днем рождения фотографии, или, как ее тогда называли, «дагерротипии».

Способ Дагера отличался от способа Ньепса тем, что в качестве светочувствительного вещества он вместо асфальта, использованного Ньепсом, применил йодистое серебро Agi. Скрытое изображение, полученное на светочувствительном веществе, Дагер проявлял, действуя парами ртути на йодистое серебро. Этим Дагер добился большей быстроты получения изображения и обеспечил более точное воспроизведение самого изображения. Однако дагерротипия обладала существенными недостатками: можно было получить только одно изображение, которое получалось зеркальным. Для получения снимка требовалась длительная выдержка (вначале до 30 минут). Аппаратура для дагеротипии была громоздкой и весила до 50 кг. Поэтому дагерротипия не получила широкого распространения.

В 1841 г. англичанин У. Талбот получил патент на калотипию (от греч. «красивый» и «отпечаток»). Как и в дагерротипии, светочувствительным слоем было йодистое серебро. В калотипии изготовлялся негатив, с которого можно сделать любое количество отпечатков. Проявление в калотипии позволяло не только сделать скрытое изображение видимым для глаза, но и усилить его. В этом калотипия была близка к современной фотографии.

В 1842 г. Талбот разработал процесс проявления скрытого фотографического изображения проявляющим раствором, содержащим галловую кислоту. Он также предложил негативно-позитивный процесс и способ оптической печати с помощью «волшебного фонаря» (фотоувеличителя).

Дальнейшее развитие фотографии шло по двум направлениям: совершенствовались материалы и способы обработки изображения, а также улучшалась оптика фотоаппаратов.

Еще в 1840 г. австрийский ученый Й. Пецваль предложил так называемый портретный объектив, превосходивший по силе другие виды объективов и имевший хорошую коррекцию.

Вместо мокрых светочувствительных слоев, готовившихся непосредственно перед съемкой, перешли к сухим, которые могли храниться в темноте длительное время без существенных изменений. Это произошло во многом благодаря замене коллодионных пластинок желатиновыми, которые впервые применил в 1871 г. англичанин Р. Мэддокс. Вместо йодида серебра с 70-х годов XIX в. стали применять соединения серебра с бромом и хлором.

Вместо стеклянной подложки стали применять сначала бумажную, а затем изобретенную в 1887 г. американцем Г. Гудвином гибкую нитроцеллюлозную пленку.

В 1889 г. Дж. Истмен разработал и выпустил первую камеру ящичного типа (бокс-камеру) с роликовой сенсибилизированной бумагой на 100 снимков.

В 1900 г. Истмен выпустил в продажу панорамную пленочную камеру с вращающимся объективом и щелевым затвором, позволявшим производить моментальные снимки, а в 1901 г. основал фирму «Истмен-Кодак».

Наряду с черно-белой развивалась и цветная фотография. Получение цветных снимков было намного сложнее.

В 1855 г. Д. К. Максвелл разработал основы аддитивного синтеза в цветной фотографии. В 1861 г. он экспериментально доказал возможность передачи натуральных цветов путем аддитивного сложения трех частичных изображений – красного, зеленого и синего.

В 1868 г. Дюко дю Орон получил патент на изготовление снимков в натуральных цветах и в 1869 г. представил опытные образцы. Он получал частичные негативы через три светофильтра основных цветов, печатал позитивные изображения пигментным способом в дополнительных цветах и, совмещая, получал многоцветное изображение.

В 1907–1911 гг. Г. Фишер открыл реакцию цветного проявления и предложил схему строения цветных многослойных фотоматериалов, которая применяется сейчас.

Первую в мире цветную обращаемую фотопленку с цветными компонентами в проявителе изготовила в 1935 г. фирма «Кодак». А в 1936 г. цветную обращаемую фотопленку по методу Фишера изготовила немецкая фирма «Агфа».

Вот как выглядит последовательность действий, необходимых для получения фотоснимка.

Для получения изображения надо зарядить фотоаппарат пленкой, навести на объект, отрегулировать объектив для получения достаточной резкости. Затвор устанавливается на нужное время выдержки, в течение которого он будет открыт. Далее необходимо установить нужное значение диафрагмы в зависимости от освещенности объекта, чувствительности пленки и времени выдержки.

Выбрав наилучший вид объекта, произвести съемку, спустив затвор.

Во время съемки отдельные кристаллы солей серебра, содержащиеся в слое фотоэмульсии на пленке, успевают разложиться под воздействием света. Они образуют скрытое изображение. Для его проявления пленку опускают в раствор проявителя, который постепенно восстанавливает серебро. Прежде всего оно восстанавливается на тех участках, где есть скрытое изображение. В этих местах пленка начинает быстро чернеть, поскольку там образуются мелкие кристаллы серебра, выглядящие черными.

Время проявки должно быть ограниченным во избежание полного почернения пленки. После проявки пленку ополаскивают и переносят в раствор закрепителя (фиксажа). Закрепитель растворяет оставшиеся соли серебра и удаляет его из эмульсии. На тех участках пленки, куда не попал свет, пленка становится прозрачной, а то, что при съемке было светлым, становится темным – образуется негатив. Пленку тщательно промывают и высушивают.

Для получения прямого позитивного изображения негатив закрепляют на фотоувеличителе и просвечивают насквозь, подложив под него фотобумагу. Черные участки не пропустят света, и скрытое изображение получится там, где негатив прозрачен.

Получение цветного снимка более сложно и трудоемко. Цветная пленка имеет прозрачную основу и три основных эмульсионных слоя.

Верхний слой чувствителен к синему цвету, и в нем получаются скрытые изображения тех частей изображения, в которых есть все оттенки этого цвета: синий, голубой и пурпурный (красно-фиолетовый). Средний слой чувствителен к зеленому, и на нем получатся изображения голубого, зеленого и желтого цветов. В нижнем слое, чувствительном к красному, получатся изображения желтого, красного и пурпурного. Кроме того, на всех слоях будет изображение белого цвета.

В каждый слой добавлен особый компонент, который при обработке проявителем окрашивается в тех местах, где под влиянием света образовалось серебро. Компоненты подобраны таким образом, что при проявке слои образуют цвета, дополняющие их собственные до белого: верхний – желтый, средний – пурпурный, нижний – голубой.

Для удаления зерен серебра, выделившихся вместе с красителем, пленку отбеливают в специальном растворе, а затем закрепляют. После этого остаются одни красители.

При получении позитива применяют красные, зеленые и синие светофильтры. После использования каждого светофильтра фотобумагу погружают в закрепитель.

Постепенно процесс съемки упростился. Для любителей стали выпускаться фотоаппараты с постоянным фокусным расстоянием объектива. Теперь для того чтобы произвести снимок, достаточно навести объектив на нужный предмет и нажать на затвор. После окончания пленки ее относят в специальное ателье, где производится проявка пленки и печатание снимков.

Сейчас получили распространение цифровые фотоаппараты, которым не нужна пленка.

Хлебопечение

Хлеб занимает важнейшее место в рационе многих народов мира, предки которых перешли к оседлой жизни и стали заниматься земледелием. Это был величайший поворот в человеческой цивилизации. Он труднообъясним, поскольку собирательство злаков, охота и рыбная ловля дают немедленный результат в виде плодов труда, будь то съедобные плоды и коренья, мясо убитого животного или пойманная рыба.

Земледелие же требует работы на перспективу – для того чтобы получить урожай, необходимо очистить участок земли от деревьев, кустарника, камней, взрыхлить землю, посадить заранее отобранные семена, ухаживать за посевами, собрать урожай и сохранить его часть, необходимую для посадки, до следующего сезона. Неслучайно во многих культурах хлебопечение считается даром богов людям.

Исследования, проведенные в 30-е годы прошлого века под руководством академика Н. И. Вавилова, позволили определить первичную родину культурных растений. В частности, эти исследования показали, что родиной пшеницы является Эфиопия.

Родиной земледелия считается Древний Египет, точнее, долина Нила. Именно там были идеальные условия для выращивания зерна: воды реки мало засолены, пойма реки находится выше уровня, почвы во время разлива регулярно удобряются плодородным илом. Это позволяло обходиться без севооборота. Из зерновых культур в Египте выращивали ячмень, пшеницу, полбу.

По мнению археологов, потребление людьми дикорастущих хлебных злаков в виде целых зерен, предварительно замоченных в воде и размягченных, началось в эпоху мезолита 7–10 тыс. лет назад.

Позже люди научились дробить зерно в деревянных или каменных ступах при помощи пестиков. Затем начали поджаривать его с последующим дроблением. Обжаривание придавало продукту сладковатый вкус, а дробление помогало отделять зерна от плевел, пропуская дробленое зерно через сито.

Долгое время хлеб потреблялся в виде кашицы и похлебок. Воспоминание об этом сохранилось в самом слове «хлеб», однокоренном слову «хлебать».

Печеный хлеб в виде пресных лепешек появился с изобретением каменной зернотерки. Его выпекали на угольях, в золе или на раскаленных стенках печек. В последнем случае изготовленные из теста сырые лепешки накладывались на внутренние стены печи. Когда лепешка была готова, она падала на дно печи. Подобные печи – тандыры – сохранились до сих пор в Средней Азии и Закавказье. Пресные лепешки были сухими, зато хорошо сохранялись.

Важным шагом в развитии хлебопечения стало приготовление кислого теста. Для этого тесто подвергают брожению (квашению) с помощью разрыхлителей для придания ему пористости. Точное время и место появления кислого теста неизвестны. Предполагают, что это произошло в Египте, откуда оно распространилось в остальные страны. Так, из Ветхого Завета известно, что евреи отличали пресный хлеб (мацу) от квашеного. С тех пор способ приготовления хлеба мало изменился, усовершенствовалась только техника хлебопекарного дела.

Греки для закваски употребляли сушеную смесь муки с виноградным соком, находившимся в брожении. Римляне брали для закваски старое тесто, бывшее в брожении.

Наибольшему усовершенствованию подверглось с того времени мукомольное дело. Первоначальная деревянная ступа для измельчения зерна была заменена сначала жерновами, которые растирали зерно ручным способом. Они состояли из двух камней, нижний из которых имел форму конуса, поставленного на основание, а верхний имел снаружи цилиндрическую форму, а внутри состоял из двух воронкообразных конусов, соприкасающихся вершинами (оба конуса были соединены внутри каналом). Нижняя воронка надевалась с помощью металлического кольца на конус нижнего жернова, а в верхнюю воронку насыпалось зерно, которое, проходя между обоими камнями, перемалывалось.

Полученная смесь муки и крупки пропускалась сквозь сито, в результате чего получалось несколько сортов муки.

Позже муку стали получать на ветряных и водяных мельницах.

Основным сырьем в современном хлебопечении служит пшеничная и ржаная мука, вода, хлебопекарные дрожжи и поваренная соль. Кроме них в тесто могут добавляться жир, сахар, сухое молоко, изюм, пряности.

Приготовление теста состоит в перемешивании муки, соли, воды.

Пшеничное тесто может готовиться опарным и безопарным способами. При первом способе все сырье замешивается сразу и тесто готово через 2–3 часа. При втором сначала замешивается опара, представляющая собой более жидкое тесто, содержащее примерно половину общего количества муки и все количество дрожжей. Спустя 4–5 часов, когда опара выбродит, в нее добавляется оставшаяся мука, вода и остальные составляющие. После этого замешивается тесто нормальной плотности, длительность брожения которого составляет 1–2 часа.

Ржаное тесто готовится на густых и жидких заквасках.

В тесте протекают спиртовое и кислотное брожение, в результате чего выделяются углекислый газ и этиловый спирт, которые разрыхляют тесто, обеспечивают ему требуемые свойства и придают хлебу характерный аромат.

После того как тесто готово, его разделывают, формуют и выдерживают в тепле от получаса до 2 часов. За это время оно «подходит» – становится рыхлым, мягким, пористым.

Выпечка хлеба производится в специальных печах. Тесто может выпекаться в специальных формах или на поду печи. Температура корки при выпечке достигает 140–175 °C, середины мякиша – 95–98 °C. Разница между массой теста, посаженного в печь, и массой хлеба в момент его выборки из печи называется упек. В зависимости от массы и формы хлеба упек может составлять 6–14 %.

Охлаждение хлеба после выпечки происходит на специальных лотках и в хлебохранилищах, после чего оно поступает к потребителю.

Несмотря на большое разнообразие продуктов в нашем рационе, хлеб остается важнейшим из них, и поговорка «хлеб всему голова» и поныне сохраняет свою актуальность.

Холодильник

На севере с незапамятных времен пользовались и продолжают пользоваться до сих пор вечной мерзлотой для замораживания и хранения мяса, рыбы, жира и других продуктов. Там, где не было вечной мерзлоты, лед собирали зимой и хранили до лета в норах, вырытых в земле, пещерах или кучах, засыпанных сверху землей.

Сложнее было получить и сохранить холод в жарких странах, где не было ни льда, ни снега. Их можно было добыть лишь в горах на большой высоте. Несмотря на большие расстояния – сотни километров, лед доставляли к потребителю. Александр Македонский во время Персидского похода (330 г. до н. э.) при осаде города Петры велел сделать 30 погребов со снегом, в которых хранилось охлажденное вино для его воинов.

В Древнем Риме широко применялись привозимые с Альпийских гор снег и лед. Император Нерон приказывал охлаждать кипяченую воду, помещая сосуды в снег. Простые римляне просто смешивали напитки со снегом. Римский император Гелиогабал, правивший в III в. н. э., приказал насыпать в своем саду большие горы из снега, чтобы ветер в жаркую погоду разносил прохладу. Таким образом, Гелиогабал первым реализовал на практике кондиционирование воздуха. К этой идее вернулись спустя более чем 1500 лет – в XIX в., но лишь в закрытых помещениях.

В Средневековье использование льда, перевозимого на далекие расстояния, было популярно, несмотря на трудности. Халиф Махди в VIII в. организовал регулярную доставку льда на верблюдах из Ливана и с гор Армении в Мекку. Один из его наследников применил охлаждение своей резиденции, поместив лед между двойными стенками.

Для уменьшения потерь от таяния при перевозке льда и снега арабы придумали специальные двустенные ящики: промежуток между стенками заполнялся войлоком. Это были, по существу, первые образцы низкотемпературной тепловой изоляции. Многие столетия природный лед оставался основой для получения холода в теплое время года во всех странах, где можно было создать его запасы. Лед не потерял своего значения и сейчас, несмотря на последующее развитие средств охлаждения.

В начале XIX в. Томас Мур, инженер из американского штата Мэриленд, собственноручно построил прототип кухонного ледника. Томас Мур занимался поставкой сливочного масла в Вашингтон. Специального транспорта для этого не было, а доставлять масло в столицу надо было свежим. Тогда Мур соорудил для своего товара сосуд из тонких листов стали, обернул его кроличьими шкурками и поместил в бочку из кедровой клепки. Сверху он насыпал лед. Свое изобретение он назвал «рефрижератор», оформив заявку в патентном ведомстве.

Во второй половине XIX в. во многих домах в Америке, Европе и Австралии появились домашние ледники, имевшие вид кухонных шкафов. Теплоизоляцией служил уже не мех, а пробка и опилки. Над камерой для продуктов или под ней был отсек для льда. Талую воду через кран спускали в поддон. Проблема заключалась в том, что температура таяния льда О °С. Для хранения большинства продуктов, особенно скоропортящихся, этого маловато. Пользуясь древним рецептом, ко льду добавляли соль. Расход льда значительно увеличился. Его приходилось заправлять в домашние ледники по нескольку раз в неделю.

Сейчас использование природного льда из-за мощной конкуренции со стороны современной холодильной техники почти сошло на нет. Тем не менее, в странах, где зимой много льда, древняя технология еще живет и даже расширяется, ведь добывание, хранение и использование природного льда дешевле, а главное – экологически безвредно.

Параллельно с «пассивным» зародилось новое, «активное», направление в получении холода. Из первых удачных решений путем длительной эволюции и родилась современная низкотемпературная техника.

Поставка снега и льда на далекие расстояния была слишком дорогим удовольствием, доступным лишь очень узкому кругу богатых людей. Более важной, особенно в жарких странах, была потребность в охлажденной воде, получаемой на месте и без больших затрат. Для этого не годился пассивный способ охлаждения внешним холодом ввиду его отсутствия. Был необходим другой, активный способ охлаждения – без применения снега или льда. И он был придуман. Его идея состояла в том, чтобы заставить саму воду себя охлаждать.

Это сделали древние египтяне еще за 2500 лет до н. э. На сохранившихся фресках того времени изображены рабы, которые большими веерами обмахивали сосуды с питьевой водой. Если использовать для этого обычные кувшины, то нельзя получить воду, более холодную, чем окружающий воздух. Однако сосуды были пористыми. Часть воды, просачиваясь через поры, испарялась на поверхности кувшинов, охлаждая ее. Обдувание сухим воздухом ускоряло этот процесс. В результате, оставшаяся в сосудах вода охлаждалась ниже начальной температуры. Этот способ подсказал, по-видимому, повседневный опыт: увлажненная поверхность тела на ветру охлаждается.

В Индии вплоть до XX в. использовалось испарительное охлаждение, но в сочетании с другим процессом, делавшим его еще эффективнее. Плоские керамические открытые сосуды, напоминающие по форме большие сковороды, наполнялись водой и помещались на соломенные подстилки, уложенные на дне неглубоких траншей, вырытых в грунте. В ночное время при ясном небе вода в плоских сосудах настолько охлаждалась, что иногда покрывалась коркой льда. Частично охлаждение объяснялось испарением воды, но главная причина была в тепловом излучении с поверхности воды.

Несколько позже, чем испарительное охлаждение, был изобретен и другой способ охлаждения – посредством смешения, точнее, его можно назвать растворением. Первое краткое упоминание об открытии, лежащем в его основе, содержится в индийской рукописи «Панкатантрам». Оно гласит: «Вода охлаждается, если в нее добавляется соль». Основанный на этом способ получения льда описан арабским писателем Ибн-Аби-Усабия в XIII в.

К XVI в. в Европе было уже широко известно растворение селитры в воде для охлаждения напитков. В частности, охлажденной таким способом водой поили рабов-гребцов на галерах. В 1550 г. вышло даже специальное научное сочинение испанского врача Блазиуса Виллафранка. Это первое из известных практических руководств по холодильной технике. В его названии были слова «Methodus refrigerandi» (методы охлаждения). Там, в частности, сказано, что такой способ охлаждения воды и вина широко известен и применяется горожанами в домашнем хозяйстве. Вскоре был сделан и следующий шаг: было установлено, что смешение селитры со снегом позволяет получать значительно более низкие температуры. Впервые этот способ был описан в труде неаполитанца Баптисто Порта «Madia Naturalis» (1589 г.). Неаполитанский врач Латинус Танкредус в 1607 г. писал о быстром замораживании воды в сосуде, помещенном в такую смесь.

Охлаждающие смеси в дальнейшем сыграли существенную роль в развитии исследований в области низкотемпературной физики и техники. По существу, они вплоть до середины XIX в. оставались основным средством охлаждения в экспериментальных работах.

Говоря о развитии холодильной техники, необходимо вспомнить, как люди научились получать искусственный лед.

Первое исторически достоверное известие о полностью искусственном получении льда из воды относится к 1775 г., когда В. Гюллен, откачивая насосом пар из-под стеклянного колпака, внутри которого находился сосуд с водой, получил в последнем лед.

В XVIII в. были открыты два различных способа получения низких температуры – сначала для замораживания воды, а впоследствии и для холодильных машин общего назначения. Первый из них связан с испарением жидкости, второй – с расширением воздуха, сопровождаемым производством внешней теплоты. Сначала оба эти способа развивались независимо друг от друга. Так было примерно до 60-х годов XIX в., когда холодильные машины стали выпускать массово и для разнообразных целей.

О первых попытках создать воздушные холодильные машины, работающие на сжатом воздухе, сохранились лишь отрывочные сведения. Так, в 1755 г. немец Хоэль в Хемнице (Австро-Венгрия) получил охлажденный воздух в результате его расширения. Примерно такие же исследования провел в 1771 г. в Швеции уроженец Мекленбурга Вильке.

Одновременно шло изучение охлаждения воздуха и других газов при расширении. Этим вопросом занимались Эразм Дарвин (дед Ч. Дарвина), Д. Дальтон и Гей-Люссак. Наконец в 1824 г. Сади Карно ввел понятие об обратном (холодильном) газовом цикле. Изучение этого вопроса продолжали Д. Гершель в 1834 г., а затем В. Сименс и А. Кирк в 50–60-е годы XIX века.

Работы по созданию действующих образцов воздушных холодильных машин между тем продолжались и вышли на уровень, позволяющий применить их на практике. Есть сведения, что изобретатель паровых машин англичанин Р. Тревитик в конце 20-х годов XIX в. сделал несколько образцов машин, предназначенных для охлаждения воды и превращения ее в лед. Принцип их действия заключался в том, что сжатый и затем охлажденный до температуры окружающей среды воздух выпускался в воду и, расширяясь там, охлаждал ее до выделения льда. Однако дальше опытов дело не пошло.

Первую действующую холодильную установку создал американский врач Дж. Горри. Он работал врачом в г. Апалачикола (штат Флорида). Жаркий климат этого района побудил Горри заняться холодильными делами. Видя своих пациентов, мучающихся от жары в помещениях больницы, он думал о том, как им помочь. Лед позволил бы создать в палатах совсем другой климат, но его не было. Горри решил сконструировать холодильную машину, позволяющую получать лед в количестве, достаточном для этой цели. В 1845 г. это ему удалось.

Модель установки Горри до сих пор хранится в патентном ведомстве США. «Льдоделательная» машина состояла из цилиндра диаметром около 200 мм, воздух в котором посредством поршня сжимался до 0,2 МПа. Тепло, выделяющееся при сжатии, отводилось посредством впрыскивания воды. Сжатый воздух поступал в цилиндрический горизонтальный ресивер, тоже охлаждаемый водой, пропускаемой по уложенным внутри трубкам. При последующем расширении воздуха в поршневом детандере в его цилиндр впрыскивалась соленая вода, которая при этом охлаждалась расширяющимся воздухом. Она и использовалась для получения льда.

Машина исправно работала, и Горри захотел сделать свое изобретение доступным всем, кто в нем нуждался. В мае 1851 г. он получил патент на свою машину.

Из приложения к патенту видно, что Горри усовершенствовал свою машину, заменив впрыск соленой воды погружением в соленую воду. С современной точки зрения, схема машины почти безупречна. Компрессор и детандер в этой машине конструктивно несовершенны, но в то время не было почти никакого опыта создания воздушных компрессоров, а тем более расширительных машин – детандеров. Можно было использовать только идеи и конструктивные элементы из опыта создания паровых двигателей. Тем не менее, Горри, не имевший ни инженерного образования, ни практики, сумел разработать эти машины и на их основе создать вполне работоспособный агрегат.

Не понятый своими современниками и разочарованный цепью неудач, Горри заболел и скончался в возрасте 52 лет. Планы его не осуществились. Соотечественники в конце концов оценили его заслуги: через 44 года после смерти Горри фирма, выпускавшая холодильные машины, воздвигла памятник в городе, где он работал. В памятном зале Капитолия в Вашингтоне («Зале славы»), где каждый штат устанавливает памятник своему самому выдающемуся гражданину, Флориду представляет Горри.

Идея Горри послужила основой для дальнейшего развития холодильников. В 1857 г. В. Сименс, немецкий техник, переселившийся в Англию, опубликовал труд, в котором критически рассматривал машины Горри. Отдавая должное достоинствам, Сименс отметил и недостатки. Но, критикуя, он также искал пути устранения этих недостатков.

В замечаниях Сименса сказано, что воздух, который выходит из цилиндра детандера и расходуется на охлаждение соленой воды, недостаточно охлаждается, если его подавать непосредственно в воду, как сделано у Горри. Он предложил этот воздух не выпускать, а направлять в специальный теплообменный аппарат противотоком к сжатому воздуху, идущему в детандер. Это предложение было им запатентовано.

Открытие регенерации тепла произвело подлинный переворот и в дальнейшем нашло широкое применение не только в низкотемпературной технике, но и во многих областях энергетики.

Другим достижением стала воздушная машина шотландского инженера А. Кирка. Она была уже вполне пригодна для промышленной эксплуатации, многие ее образцы использовались в различных устройствах, нуждающихся в холоде.

Холодильный агрегат Кирка отличался от машин его предшественников прежде всего тем, что работал по замкнутому циклу с использованием регенерации тепла. В ней постоянно циркулировала порция воздуха. Идея регенерации тепла, изложенная в этом патенте, давала огромные преимущества. Отработанный холодный воздух, сохранивший достаточно низкую температуру, не выбрасывается бесполезно, а возвращается в систему и используется для того, чтобы предварительно охладить сжатый воздух, направляемый на расширение. В этом случае на вход в детандер воздух поступает более холодным, на выходе он тоже понижает температуру. Таким образом, при тех же затратах получается большее охлаждение. По существу, после введения регенеративного теплообмена окончательно были установлены «три кита», на которых стоит вся классическая низкотемпературная техника: это детандер (или дроссель), регенеративный теплообменник и компрессор.

Регенерацию тепла впервые ввел в технику шотландский пастор Р. Стирлинг, когда в 1816 г. изготовил и запатентовал свой воздушный тепловой двигатель.

Осушка воздуха в нем производилась посредством сосуда с концентрированной серной кислотой, смещенного в нагнетательной линии. В компрессоре влага, содержавшаяся в воздухе, поглощалась кислотой. В дальнейшем кислота нужна была только для того, чтобы удалять влагу, поступавшую с наружным воздухом через неплотности в коммуникациях.

Кроме перехода на замкнутый процесс Кирк ввел еще одну новинку: регенерация тепла происходила в его агрегате не в обменнике, где два потока газа движутся навстречу друг другу (противоточный теплообменник), а в регенераторе. Он представлял собой трубу, заполненную металлической стружкой или мелкими осколками камня, через которые свободно проходил воздух. Когда через регенератор пропускался теплый воздух, насадка нагревалась. Затем теплый воздух отключался, и в противоположном направлении пропускался холодный, который, охлаждая насадку, нагревался сам. Затем снова пропускался теплый воздух, который охлаждался, нагревая насадку, и т. д. В результате тепло, так же как и в теплообменнике, передавалось от теплого потока к холодному, но не через стенку, а посредством насадки. Регенератор по устройству проще теплообменника и может передать больше тепла на единицу объема, чем теплообменник.