3. Основные свойства пара

3. Основные свойства пара

Папен

Письмо Лейбница произвело сильное впечатление на Папена.

В это время изобретателю шел уже пятьдесят восьмой год. Под влиянием многих неудач душевные силы его слабели, занятия с кассельскими студентами отнимали весь день. Временами он сам себе казался отживающим человеком. Он даже женился и обзавелся кучей ребят, словно для того, чтобы навсегда вычеркнуть себя из рядов великих ученых своего времени.

Незавершенные машины Папена покрывались пылью. В паровом цилиндре пауки плели паутину. Лаборатория напоминала кладовую, куда сваливают ненужный хлам.

Простая идея капитана Севери потрясла воображение Папена. Полузабытый собственный опыт, заглохшие мечты, неосуществленные замыслы воскресли в уме ученого. Несмотря на свою внешнюю солидность, он оставался в душе все тем же непоседливым, решительным и увлекающимся человеком. Папена охватило страстное желание возместить потерянное время удвоенной энергией, и, учась у Севери, он принялся за постройку новой машины.

К несчастью, Папен не умел влиять на свое воображение. Развивающиеся идеи шли у него по раз взятому направлению без всяких преград. Теперь взволнованному профессору казалось, что паровой насос англичанина — самая совершенная машина, а его собственный паровой цилиндр никуда не годится и ничего не стоит.

Исходя из опыта Севери, Папен сконструировал сложную, большую и даже остроумную машину. Но она оказалась шагом назад, а не вперед после собственных опытов Папена с паровым цилиндром.

В Мюнхенском музее истории техники хранится чертеж этой машины. Из отдельного парового котла пар через паропровод с краном направляется в своеобразный резервуар цилиндрической формы. Внизу резервуар превращается в воронку с загибающейся трубой, которая далее идет вверх и предназначена для выбрасывания воды в другой, верхний, резервуар. В первом резервуаре, как в паровом цилиндре, помещен поршень, вернее поплавок. Подавая из котла пар в этот резервуар, Папен давлением пара действовал на поплавок, и поплавок, опускаясь, заставлял воду идти в воронку, затем через загибающуюся трубу подниматься наверх и выливаться там в резервуар. Таким образом, машина состояла из двух сообщающихся водяной трубой резервуаров — нижнего и верхнего, — а давление пара из нижнего цилиндрического резервуара с поплавком перегоняло воду в верхний резервуар. Машина не могла всасывать воду, а наполнялась ею через особую воронку. Все эти трубы соединялись и разъединялись в нужный момент самодействующими клапанами.

Это была, как видите, всего лишь водоподъемная машина, притом довольно громоздкая и достаточно сложная, но Папен не хотел этого понимать. Воду из верхнего резервуара, как это предлагалось у Севери, Папен хотел направлять на обыкновенное водяное колесо, приводом от которого и должны были работать мельничный жернов и воздуходувные мехи.

Папен предполагал, кроме того, строить суда с такой машиной, с тем чтобы вода, падая на гребное колесо, заставляла его вращаться, а колесо двигало бы судно.

Описание и изображение этой машины Папен дал в книге «Новое искусство эффективно поднимать воду на высоту при помощи огня», напечатанной в Касселе в 1707 году. Тут он писал, между прочим:

«Так как получаемый при посредстве огня водяной пар обладает способностью производить давление, как и воздух, но далее при охлаждении он опять может сгущаться в воду, так что не остается никакого давления, то нетрудно, я думаю, конструировать машины, в которых силы водяного пара при посредстве огня с небольшими издержками могли бы совершать полезную работу».

Это была вторая гениальная находка Папена. Он указывал, что давление пара может совершать работу не хуже, чем атмосферное давление, и это делало честь его уму и проницательности. Гениальные догадки всегда кажутся очень простыми после того, как они высказаны, но привычный взгляд на вещи очень часто мешает нам догадываться как раз о наиболее простых и очевидных вещах.

Основные свойства пара были известны людям давно. Все знали, что, охлаждаясь, пар превращается в капли воды. Все видели, что пар, поднимая тяжелую крышку котла, оказывает на нее давление. Наконец каждый замечал, что, вырываясь из котла в узкую щель, струя пара имеет огромную скорость истечения, во много раз превосходящую самый сильный ветер.

На этих трех основных свойствах пара — конденсации, давлении и скорости — основана работа всех паровых машин, но история создания их показывает, что мысль об использовании этих свойств пара для работы давалась людям почти с таким же трудом, как и конструкция машин.

Здесь, кстати, перейдем для краткости и точности на более близкий к науке язык. Давление пара в котле образуется потому, что всякое тело, находящееся в газообразном состоянии, стремится расшириться, занять как можно более места, как можно больший объем. Это стремление пара и всех газообразных тел к расширению представляет огромную силу, взрывающую котлы, выбрасывающую из пушек снаряды.

Запертая до поры до времени в котле или другом сосуде, эта сила расширяющегося пара или газа будет его потенциальной энергией, существующей в скрытом виде, но могущей проявиться, стать действующей. Если дать выход пару из котла, сила эта проявится, начнет действовать, и тогда мы будем иметь дело с его кинетической энергией.

Из переписки Папена с Лейбницем можно видеть, что, вернувшись к осуществлению своих ранних идей, Папен, следуя примеру Севери, построил несколько паровых машин с отдельным котлом. Все ли они были той же конструкции, как только что описанная по чертежу Мюнхенского музея паровая машина, или отличались от нее, понять нельзя. Во всяком случае, ясно, что работало в них давление пара. Известно, что такую машину Папен однажды демонстрировал в Касселе в присутствии многих зрителей.

Вследствие плохо рассчитанного груза на рычаге предохранительного клапана произошел сильный взрыв.

Несколько человек из числа зрителей погибло. Происшествие обрушило на Папена сильный гнев не только населения, но и самого ландграфа Гессенского.

Папен, и без того плохо ладивший с кассельцами и придворным окружением принца, решил покинуть Германию. На родину он возвратиться все еще не мог. Лучшие воспоминания о прожитой жизни связывались у него с Лондоном. И вот французский изгнанник решил снова ехать в Англию. Он надеялся, что там его паровая машина встретит большее сочувствие и скорее найдет применение, чем в любой другой стране.

Совершить такой переезд с семьей и имуществом в те времена представлялось большим и трудновыполнимым предприятием. Может быть, Папен и не решился бы на него, если бы не имел собственного плана, как осуществить такое предприятие. План заключался в том, чтобы отправиться в Англию водным путем, на собственном судне, снабженном паровой машиной, приводящей его в движение.

Папен принадлежал к числу людей смелых и решительных. Проект судовой установки с паровой машиной, льющей воду на гребное колесо, не выходил из его головы. Естественно, что теперь он сделал все, чтобы осуществить этот проект, и возможно, что он его осуществил.

Сомнительно, чтобы потоком воды, поднятой из реки паровым насосом и падающей на гребное колесо с лопастями, можно было вести судно против течения, тем более что тот путь, который Папену удалось совершить, шел вниз по течению реки Фульды.

Как бы то ни было, но Папен построил барку для своего путешествия, и из писем его к Лейбницу видно, что он не один раз и с полным успехом пробовал построенное им судно на Фульде. Оставалось только собраться и выехать. Но тут обнаружилось неожиданное препятствие.

«Вы знаете, — писал Папен по этому поводу Лейбницу в июле 1707 года, — как давно я жалуюсь на преследования моих могущественных врагов. До сих пор я терпеливо переносил это, но с некоторого времени злоба их достигла таких размеров, что с моей стороны было бы слишком большой смелостью оставаться дольше в Гессене и подвергаться различным опасностям. Причину своего отъезда я объяснил принцу тем, что для меня важно испытать устроенное мной судно новой конструкции большого размера и снабдить его механизмом, который при помощи огня позволит одному или двум работникам вести судно с большей быстротой, чем это смогли бы сделать сотни гребцов. Действительно, у меня есть намерение уехать отсюда на таком судне, о котором я уже сообщал вам: этим я надеюсь также убедить всех, что по выработанному мною типу можно построить другие суда, с успехом применив к ним машину. К выполнению моего плана служит, однако, препятствием то обстоятельство, что суда, выходящие из Касселя, не попадают в Бремен, так как по прибытии в Мюнден товары перегружаются на другие суда, и только эти уже непосредственно отправляются в Бремен. В этом меня уверил мюнденский судовщик. Кроме того, он сказал мне, что нужно иметь особое разрешение, чтобы перевести судно из Фульды в Везер, вследствие чего я решился обратиться к вам. Так как это частное дело, не имеющее никакого значения для торговли, то я уверен, вы примете на себя труд достать мне пропуск для моего судна из Мюндена, тем более что мне известно, как много надежд вы возлагаете на применение огневой машины к водному сообщению».

Надежды Папена на своего влиятельного покровителя не оправдались. Несмотря на все меры, предпринятые Лейбницем, добиться пропуска для Папена не удалось. Нарушить интересы судовладельцев ганноверский курфюрст не решился даже для такого человека, как Лейбниц. Мюнденский же президент городского управления решительно отказал в выдаче разрешения Папену.

Раздраженный невозможностью добиться разрешения на проход своего судна по рекам немецких государств, Папен решил обойтись без пропуска. В конце сентября 1707 года он без долгих сборов погрузил свое имущество на судно и вместе с женой и детьми в ночь на 24-е покинул Кассель.

Через день Папен добрался до Лоха, маленького поселка, населенного судовщиками. Все жители высыпали на берег, а президент потребовал у Папена объяснений, кто он, откуда, что это за судно и почему на нем не видно ни парусов, ни гребцов.

Охваченный отчаянием, Папен напрасно пытался отвратить беду…

Папену очень хотелось заинтересовать начальство, и он при грозном молчании толпы не только рассказал о себе и о своих намерениях, но и показал устройство механизмов, вращавших гребные колеса. Президент удивлялся, но не высказывал своего мнения по поводу намерения Папена проскользнуть из Фульды в Везер недозволенным способом. Когда Папен стал добиваться ответа, президент просто сбежал. Часть судовщиков последовала за ним, часть осталась караулить преступное судно.

Прошла ночь. Папен провел ее без сна, ежеминутно ожидая нападения бродивших по берегу возбужденных людей.

Очевидно, судовщикам удалось убедить президента в опасности, грозившей округу от нарушения его интересов, в случае если они пропустят Папена. Утром решение президента состоялось, и гневная толпа жителей явилась его выполнять. Прежде всего решение было объявлено владельцу судна: так как судно пришло без пропуска, то на основании таких-то и таких-то статей закона оно составляет собственность судового округа, а посему будет взято на берег и продано с аукциона по частям.

Охваченный отчаянием, Папен напрасно пытался отвратить беду, предлагая взять его имущество, деньги. Ничто не могло остановить судовладельцев. Сопротивление нарушителя их привилегий только разжигало их гнев. Разъяренная толпа выволокла судно на берег, выкинула жалкое имущество изобретателя и на глазах у Папена, его испуганной жены и детей, не устраивая никакого аукциона, принялась ломать колеса, рубить мачты. С особенной яростью судовщики разгромили машину. На глазах изобретателя она превратилась в груду железа и меди.

Что это была за машина, каким образом приводила она в движение судно, так и осталось неизвестным. Позднейшие немецкие исследователи подвергли сомнению даже самый факт ее существования, несмотря на документальную переписку Папена с Лейбницем.

Папен вынес расправу со своим последним детищем, но он уже более никогда не возвращался к попыткам продолжать свою деятельность. Разбитый горем, больной и измученный, он кое-как добрался до Лондона. Бойля и Гюйгенса уже не было в живых. Новым членам Королевского общества Папен был мало известен, но после многих его просьб и поклонов влиятельным людям Королевское общество назначило Папену какую-то пенсию. Ее хватало только на то, чтобы французский изгнанник не мог умереть от голода и болезней.

Оправиться от сыпавшихся на его седую голову обид и несчастий ученый не смог. О творческой работе он больше не помышлял и с горькой усмешкой писал Лейбницу:

«Я принужден употреблять мои машины на починку камина в моем бедном жилище!»

Обремененный семьей, оторванный от науки, всеми покинутый и забытый, Дени Папен умер так, что даже время его смерти осталось не отмеченным. Считают, что он умер в 1714 году.

По всему складу своего характера и способностей Папен был скорее мыслителем и исследователем, нежели техником и инженером, как Севери, но в истории создания двигателя судьба Папена оказалась счастливее: незавершенные его машины — паровой и пороховой цилиндры — стали предшественниками универсального парового двигателя и двигателей внутреннего сгорания, распространенных теперь по всему миру.

Первым воспользовался паровым цилиндром Папена для построения двигательного механизма Томас Ньюкомен.