Наука Плоского мира. Книга 3. Часы Дарвина - [86]

Чем глубже вы пытаетесь выкопать шахту, тем больше вероятность, что ее затопит, – так как повышается шанс наткнуться на подземные воды или трещины, которые ведут к ним, либо по которым вода может течь сверху. Традиционными методами удаления воды уже нельзя было справиться – необходимо было что-то радикально новое. И эту нишу идеально заняли паровые машины. Прежде всего это случилось благодаря механизму, созданному двумя людьми – Дени Папеном и Томасом Севери.

Папен учился математике у иезуитов в Блуа и медицине в Париже, где жил с 1672 года. Он вступил в лабораторию Роберта Бойля, которого сегодня назвали бы экспериментальным физиком. Бойль занимался пневматикой, поведением газов – а закон Бойля, определяющий соотношение между давлением и объемом газа при постоянной температуре, мы учим в школе и по сей день. Папен изобрел двойной воздушный насос и воздушную пушку, а потом и скороварку. Она представляла собой кастрюлю с толстыми стенками и толстой крышкой, плотно соединяющиеся между собой, чтобы при кипении воды внутри нее образовывался пар под высоким давлением. Пища в такой кастрюле варится очень быстро.

Кулинарная сторона вопроса не имеет отношения к нашей истории – за исключением одного технического момента. Чтобы не допустить взрыва, Папен добавил предохранительный клапан – в 1960-х он также появился в бытовых вариантах устройства. Это изобретение оказалось весьма важным, потому что ранние паровые машины бывали в лучшем случае опасными. Идея, вероятно, зародилась ранее, но Папену она приписывается потому, что именно он стал применять ее для того, чтобы контролировать давление пара. В 1687 году он перешел в Марбургский университет, где изобрел первый механический паровой двигатель и первый поршневой двигатель. За годы своей деятельности Папен провел несчетное количество опытов с аппаратами, использующими пар, и создал немало важных приспособлений.

Тогда эпоха паровых машин только разогревалась, и Севери, также знакомый с математикой, уже довел ее до кипения. В 1698 году он запатентовал первый паровой насос, который использовался для очищения шахт от нежелательной воды – в том конкретном случае это были глубокие шахты Корнуолла. Он отправил работающую модель в Королевское общество, а позднее продемонстрировал «огневой двигатель» (по непонятной причине эти машины тогда назывались именно так) Вильгельму III. Король наградил его патентом:

Предоставляется Томасу Севери в единоличное пользование им изобретенным новым устройством для подъема воды и приведения в движение при выполнении любых заводских работ посредством огневой мощи, которое найдет широкое применение при осушении шахт, водоснабжении городов и работе всех типов заводов, не имеющих доступа к воде или к постоянно действующим ветрам, сроком на 14 лет, на обычных условиях.

Теперь до эпохи паровых машин оставалось рукой подать. Решительную роль здесь сыграло то, что Севери был человеком деловым. Он не ждал, что мир сам постучится к нему в дверь, а рекламировал себя. Читал лекции в Королевском обществе – некоторые из них публиковались в журналах. Распространял свои каталоги среди управляющих и владельцев шахт. А в качестве довода в пользу приобретения машин приводил выгоду для самого покупателя: если вы увеличите глубину вашей шахты, то сможете добыть больше минералов и заработать больше денег за то же время и на том же участке.

До того, что Торстон назвал «современной» паровой машиной (современной она была 125 лет тому назад), понадобилось еще два важных шага. Первым был переход от специализированных машин, предназначенных для единственной задачи, к многоцелевым устройствам. А вторым – повышение их эффективности.

Шаг к многоцелевому паровому двигателю совершил Томас Ньюкомен, кузнец по профессии, который представил радикально новый тип двигателя, «пароатмосферную машину». Предыдущие варианты довольно эффективно совмещали в себе поршень и насос, работающие под действием пара, но Ньюкомен разделил эти компоненты и отдельно добавил новые – нагреватель и конденсатор. Поршень двигался вверх-вниз, как станок-качалка, и приводил в движение вал, к которому можно было присоединить… да что угодно. Другим инженером, которого необходимо здесь упомянуть, был Джон Смитон, который значительно увеличил масштаб замысла Ньюкомена.

А теперь мы наконец подошли к Джеймсу Уатту. Каких бы лавров он ни заслуживал, совершенно очевидно, что на самом деле он забрался на плечи множества других. Даже если Уатт и мог изобрести паровой двигатель в одиночку, он этого точно не делал. Его дед был математиком – к истории создания паровых машин вообще причастно много математиков, – и Уатт унаследовал его способности. Он провел немало опытов и количественных измерений, в которых появились относительно свежие идеи. Он выяснил, как различные материалы двигателя проводят тепло и сколько угля требуется для нагрева заданного количества воды. А также понял, что ключ к созданию эффективного парового двигателя лежит в контроле необязательных потерь тепла. Наибольшие потери происходили в цилиндре, подающем энергию в поршень, из-за чего температура постоянно менялась. Уатт заключил, что температура цилиндра всегда должна совпадать с температурой поступающего в него пара – но как этого добиться? Ответ пришел к нему совершенно случайно и оказался простым и изящным: