Джемс Уатт - [26]

Итак, трактаты по механике не разрешили недоумений молодого механика. Приходилось самому изыскивать ответ на ставший перед ним вопрос: в чем причина плохой работы машины? Этот ответ должна была дать сама машина в процессе своей работы, к которому нужно было присмотреться внимательнейшим образом и исследовать явления, с ним связанные.

Механик превращается в исследователя. В руках Уатта ньюкомэновская машина впервые становится предметом научного/ систематического исследования. Это одна из величайших заслуг Уатта и, во всяком случае, это первый и, может быть, важнейший шаг в его изобретательской работе, краеугольный камень воздвигнутого им здания. Вся сумма знаний была брошена на исследование данного конкретного случая, и именно не конечных результатов, а вызывающих их причин, выяснение самих процессов. В отношении общих законов Уатт ничего нового или почти ничего не открыл. Но он сумел применить и скомбинировать в нужной для данного случая форме то, что было открыто другими. Замечательное искусство экспериментатора позволило ему сделать это, получить при этом некоторые новые данные и заполнить кое-какие пробелы. Исследование привело к правильной и точной формулировке проблемы, практическое разрешение которой составило суть первого изобретения Уатта.

Проблема заключалась в следующем. Для наилучшей работы атмосферной машины Ньюкомэна необходимо было выполнять два условия: во-первых, для получения сильного разрежения под поршнем производить в цилиндре возможно более полную конденсацию пара, а для этого возможно сильнее охлаждать цилиндр; во-вторых, во избежание непроизводительных потерь пара впускать пар для последующего хода поршня из котла в неохлажденный, горячий цилиндр.

Эти два условия взаимно исключали друг друга.

Каким же способом достичь и конденсации пара и вместе с тем сохранить цилиндр в нагретом состоянии?

Производя конденсацию пара в отдельном от цилиндра, но сообщающемся с ним, резервуаре.

Отдельный от цилиндра конденсатор — вот в чем состояло изобретение Уатта, решившее проблему.

Путь Уатта к этому изобретению был путь исследования.

Может быть, были и другие пути. Может быть, какой-нибудь гениальный практик, исходя из чисто практических наблюдений и ставя чисто практические цели, перескочил бы через весь этот научно-исследовательский этап работы Уатта. Но в творческой работе Уатта исследование занимало большое место. Проследим же отдельные моменты этой работы.

Не вполне ясно, как мог Уатт притти к выводу, что расход пара в его модели значительно больше, нежели в настоящей большой машине. На это его, вероятно, натолкнул уже самый факт нехватки пара, хотя котел по своим размерам был вполне достаточен. Вероятно, также без каких-либо специальных исследований, можно было притти к выводу, в значительной мере правильному, что этот расход вызван более сильным охлаждением цилиндра в модели вследствие непропорционально большой поверхности маленького цилиндра по отношению к его объему. Это явление было недостатком модели. Другим ее недостатком было то обстоятельство, что «цилиндр модели, сделанный из латуни, проводил тепло гораздо лучше, нежели цилиндр больших машин, отлитый из чугуна (к тому же обычно изнутри покрытый накипью)». Эти наблюдения были сделаны, вероятно, на очень ранней стадии работы.

Характерно, что в начале своей работы Уатт как-будто вовсе не борется с этим непроизводительным расходом пара, он как бы мирится с ним и изыскивает средства, как бы его возместить. Надо придумать способ усилить образование пара. Робисон рассказал нам о попытках Уатта внести изменения в топку котла: «Он значительно улучшил котел, увеличив поверхность, охватываемую огнем. Он провел трубы через котел, он поместил топку в середине, окруженную со всех сторон водой».

Но, повидимому, и эти усовершенствования не дали хороших результатов. Задача оказывалась гораздо более сложной. Починка модели отступает на второй план, начинается работа исследователя.

Если в латунном цилиндре расходуется так много пара от быстрого охлаждения стенок, то нельзя ли сделать его из другого материала, «медленнее принимающего и отдающего тепло».

Уатт строит модель с деревянным цилиндром диаметром в 6 дюймов и ходом поршня в 12 дюймов, и производит с ней ряд опытов. «Но и в этом цилиндре тоже, оказывается, количество пара, конденсирующегося при наполнении его, все же пропорционально превосходило количество пара в больших машинах, если судить по данным Бэйтона».

Чтобы притти к этому выводу, Уатту, очевидно, пришлось до этого проделать ряд опытов и измерений. Вероятно, он начал с повторения исследования Бэйтона, т. е. измерил количество воды, выкипевшей из котла в течение определенного числа ходов поршня, или, может быть, просто точно вымерил объем воды, выпущенной за это время из цилиндра. Вероятно, несоответствие с цифрами Бэйтона, а также и арифметическая ошибка Бэйтона побудили Уатта проверить его цифры и по существу, т. е. постараться каким-либо иным способом, независимо от работы машины, определить объем пара, получаемый на единицу объема воды. Уатту действительно принадлежит заслуга этого первого, более или менее точного определения. Он подробно описывает опыт, при помощи которого ему пришлось разрешить эту задачу. Способ был довольно грубый, но результат, как это было проверено более поздними исследованиями, оказался достаточно точным: один куб. дюйм воды давал около 1800 куб. дюймов пара температуры 121° Фаренгейта (100°Ц) при атмосферном давлении.