Uppfinning av ångmotorn

Ångmotorer är mekanismer som använder värme för att skapa ånga, som i sin tur utför mekaniska processer, allmänt kända som arbete. Medan flera uppfinnare och innovatörer arbetade med olika aspekter av att använda ånga för kraft, involverar den stora utvecklingen av tidiga ångmotorer tre uppfinnare och tre huvudsakliga motorkonstruktioner. 

Thomas Savery och den första ångpumpen

Den första ångmotorn som användes för arbete patenterades av engelsmannen Thomas Savery 1698 och användes för att pumpa vatten ur gruvaxlarna. Den grundläggande processen involverade en cylinder som var fylld med vatten. Ånga levererades sedan till cylindern och förskjuter vattnet, som strömmade ut genom en envägsventil. När allt vatten hade sprutats ut sprutades cylindern med kallt vatten för att sjunka cylinderns temperatur och kondensera ångan inuti. Detta skapade ett vakuum inuti cylindern, som sedan drog upp ytterligare vatten för att fylla på cylindern och slutförde pumpcykeln. 

Thomas Newcomens kolvpump

En annan engelskman, Thomas Newcomen, förbättrade Slaverys pump med en design som han utvecklade omkring 1712. Newcomens motor inkluderade en kolv inuti en cylinder. Kolvans överdel var ansluten till en ände av en svängbar balk. En pumpmekanism var ansluten till balkens andra ände så att vatten drogs upp varje gång strålen lutade upp på pumpänden. För att driva pumpen levererades ånga till kolvcylindern. Samtidigt drog en motvikt strålen ner på pumpänden, vilket fick kolven att stiga upp till ångcylindern. När cylindern var full av ånga sprutades kallt vatten inuti cylindern, kondenserade snabbt ångan och skapade ett vakuum inuti cylindern. Detta fick kolven att falla, flytta strålen ner på kolvänden och upp på pumpänden. Cykeln upprepades sedan automatiskt så länge som ånga applicerades på cylindern. 

Newcomens kolvdesign skapade effektivt en avskiljning mellan vattnet som pumpas ut och cylindern som används för att skapa pumpkraften. Detta förbättrade kraftigt Slaverys ursprungliga design. Men eftersom Savery hade ett brett patent på sin egen ångpump, var Newcomen tvungen att samarbeta med Savery för att patentera kolvpumpen. 

James Watt's förbättringar

Scotsman James Watt förbättrade och utvecklade ångmotorn betydligt under andra hälften av 1700-talet, vilket gjorde det till en verkligt livskraftig maskinvara som hjälpte till att starta den industriella revolutionen. Den första stora innovationen med Watt var att inkludera en separat kondensor så att ångan inte behövde kylas i samma cylinder som innehöll kolven. Detta innebar att kolvcylindern förblev vid en mycket mer jämn temperatur, vilket kraftigt ökade motorens bränsleeffektivitet. Watt utvecklade också en motor som kunde rotera en axel, snarare än en upp-och-ned-pumpverkan, samt ett svänghjul som möjliggjorde smidig kraftöverföring mellan motorn och arbetsbelastningen. Med dessa och andra innovationer blev ångmotorn tillämpbar på en mängd olika fabriksprocesser, och Watt och hans affärspartner, Matthew Boulton, byggde flera hundra motorer för industriellt bruk. 

Senare ångmotorer

I början av 1800-talet såg stora innovationer av högtrycksånga motorer, som var mycket effektivare än lågtryckskonstruktionerna hos Watt's och de andra ångmotorerna. Detta ledde till utvecklingen av mycket mindre, kraftfullare ångmotorer som kan användas för att driva tåg och båtar och för att utföra ett bredare spektrum av industriella uppgifter, såsom att såga i fabriker. Två viktiga innovatörer av dessa motorer var amerikanen Oliver Evans och engelsmannen Richard Trevithick. Med tiden ersattes ångmotorer av förbränningsmotorn för de flesta typer av rörelse och industriellt arbete, men användningen av ånggeneratorer för att skapa elektricitet är fortfarande en viktig del av elproduktionen idag.