動力機的效率,指的是它在使用過程中,起動力作用的能量在使用的燃料能量中所占的比例。既然煤氣機的效率還不如蒸汽機的效率高,當然也就沒有應用價值廠。不過,煤氣機的內部燃燒方式優於蒸汽機,因而是可取的。
狄塞爾在研究如何改造蒸汽機的時候,也是本著將外部燃燒方式改變為內部燃燒方式的思路,進行探索的。他花費了大量時間和精力,進行新型動力機的研究和製造工作。在這個過程中,他打算製造一部用氨氣來驅動的新型動力機。在研究“氨氣發動機”時,他深入地探討了卡諾的理論。卡諾是法國的著名物理學家。他曾設想通過內燃來為熱力發動機提供熱源,從而提高熱力發動機的效率。要想做到這一點,就需要找到一種比蒸汽更好的工質。所謂“212質”,是“工作介質”的簡稱,指的是機器中借以完成能量轉化的媒介物質。卡諾認為,可以將空氣作為工質。其他一些工程師也曾提出過用空氣、碳酸和乙醇來代替蒸汽,作為工質。狄塞爾在卡諾理論的啟發下,打算用氨氣來作為工質。
狄塞爾為什麼會想到用氨氣來作為工質呢?這同他在巴黎期間的實際工作有著密切的關係。由於他是製冰廠的工程師,非常了解氨氣的性質和用途。在製冰生產過程中,離不開氨。氨是一種製冷劑,它在製冷機中能夠把熱量從低溫處傳送到高溫處。正因為氨氣具有促使熱量轉移的性能,所以狄塞爾就想利用它來代替蒸汽。他想把氨氣作為熱力發動機中的媒介物質,促使熱能轉化為機械能,成為動力做功。
可是,狄塞爾花了大量時間進行研究和實驗,結果都失敗了。實踐證明,利用氨氣作為工質來製造熱力發動機,是不可能做到的。他認識到這一點之後,就果斷地把研製“氨氣發動機”的計劃放棄了。對“氨氣發動機”的研究,可以說是狄塞爾走過的一段彎路。但是,這件事也說明,狄塞爾對在科學技術方麵的發明創造,表現了實事求是的態度。
1890年,狄塞爾回到德國,到奧格斯堡機器製造廠工作。從這時起,他全力投入到內燃機的研究之中,決心製造出一部經濟實用、效率更高的新型熱力發動機。
當時,無論從理論上或者技術上來說,研製內燃機的條件都已經完全具備了。前麵已經提到,將熱力發動機從外部燃燒方式改變為內部燃燒方式,從而提高效率,這方麵的研究工作早就有人進行了。裏諾在1860年發明的煤氣機,應用價值不高。1862年,法國人德羅夏提出了四衝程內燃機的理論。理論問題解決了,但是要製造出能夠實際應用的內燃機,卻不是一件容易的事情。直到1876年,有一位名叫奧托的德國工程師,才根據德羅夏的理論,經過反複研究試驗,對裏諾的煤氣機進行重大改造,製成了一台四衝程內燃機,使熱效率提高到了14%。但是,奧托的內燃機仍然用煤氣作燃料,缺點不少。1883年,德國的另一位工程師戴姆勒製成了汽油發動機,進一步提高了效率。
狄塞爾早在大學學習期間,就已經萌發了研製內燃機的想法。這時,奧托和戴姆勒的成功又使他受到極大的鼓舞。於是,他便在奧托和戴姆勒發明的內燃機的基礎上,進一步深入研究。狄塞爾雄心勃勃,希望超過他們。為了使發動機得到更廣泛的應用,他打算使用價格低廉的燃料,作為內燃機的熱能來源。
起初,狄塞爾也曾試圖使用煤粉作燃料,設計出煤粉壓燃式內燃機,並於1892年獲得了專利。但這種內燃機在實際操作中並不成功。經過實驗,發現利用壓縮點火方法實現煤粉燃料,非常困難。於是,他便放棄煤粉,改用柴油作為內燃機的燃料了。
不過,使用柴油作燃料,仍然遇到了很多困難。例如:汽油的燃點(也叫“著火點”或“發火點”)低,容易點燃;而柴油的燃點比汽油要高,不容易點燃。因此。利用柴油作燃料,必須解決怎樣在汽缸裏點燃柴油的問題。
狄塞爾不畏困難,積極進取。他深入鑽研卡諾等人的有關理論,反複進行計算和實驗,終於找到了解決問題的辦法:他將自己的研究心得加以總結,於1892年寫成了題為《合理的熱機的理論和設計》的論文。這篇論文發表後,得到了工程界和一些著名教授的重視。
狄塞爾在這篇論文中提出的“合理的熱機”,就是他設計的一種新型內燃機。他認為,這種新型內燃機,可以代替蒸汽機以及當時正在使用的其他內燃機。那麼,這種新型內燃機是怎樣操作的呢?按照狄塞爾的設計,先向汽缸內送人空氣,然後強力壓縮空氣,使空氣的溫度升高。接著,向汽缸內噴人柴油。在高溫高壓之下,柴油就會自然著火。汽缸內的溫度由於柴油的燃燒而變得更高,使氣體急劇膨脹,從而推動活塞做功。
這種內燃機不用設置點火裝置,因此就結構來說比汽油發動機更為簡化了。同時,它開始吸進汽缸內的是純淨的空氣,而不是空氣與燃料的混合物,因此,在加大壓縮壓力時,不會發生“爆燃”。這樣,也就可以提高壓縮壓力,使壓縮的空氣溫度達到或超過柴油的燃點,引燃柴油。狄塞爾認為,柴油燃燒時火力很強,因此,使用柴油的內燃機,是一種輸出功率很大的發動機。
新式內燃機雖然研究設計出來了,但要把它製造出來,還有很長一段路程。首先麵臨的是經費問題。為此,狄塞爾又不得不到各地去進行宣傳。他耐心地向工廠老板們介紹這種機器的性能、優點和實用價值,希望得到他們資助。經過不懈努力,他終於說服了克虜伯公司和奧格斯堡機器製造廠的老板?他們表示,願意在資金方麵給予合作。要做成一件事,是多麼不容易啊!
經費問題解決後,狄塞爾幹勁倍增,1893年,他製成了第一台使用柴油的發動機,一般稱之為柴油機。但是,這台柴油機在試驗時卻沒有成功。據說,當時在場觀看的人很多;他們懷著各種心態,注視著狄塞爾的試驗操作。試驗開始時,機器運轉得還比較正常。可是,就在往汽缸裏噴人燃料的瞬間,突然發生了爆炸。隨著一聲巨響,安裝在汽缸蓋上的測功指示器被炸飛了,一股濃煙從排氣管內噴射出來,火花向四處飛濺。人們見到這種情景,嚇得紛紛逃跑了。
第一次試驗失敗後,各種各樣的議論接踵而來。除了冷嘲熱諷之外,還有人對狄塞爾的設計是否合理表示懷疑。麵對著失敗帶來的沉重打擊,狄塞爾並沒有灰心喪氣。他鎮靜地總結經驗教訓,尤其是仔細檢查機器結構和操作過程,以便發現問題,找到解決辦法。狄塞爾認為,這次試驗雖然總的說來沒有成功,但是其中也有成功的地方。例如,通過試驗證明,將燃料噴入高壓空氣中是能夠自動著火的。這一點特別重要,因為它符合狄塞爾設計時所依據的原理。於是,狄塞爾的信心反而進一步增強了。
狄塞爾針對發現的問題,繼續進行研究和改進。經過7個月的辛勤勞動,1894年2月,他又製成了一台柴油發動機。這台柴油機在試驗時實現了運轉,可是運轉的時間很短,僅僅有1分鍾,就停了下來。故障在哪裏呢?經過檢查發現,原因在於汽缸內承受的壓力太大,使汽缸內壁產生了裂痕。這次試驗雖然仍未完全成功,但是同第一次試驗比較起來,顯然是前進了一大步。
狄塞爾毫不氣餒,鼓起幹勁繼續進行研究和改進。針對汽缸出現的問題,他取消了原來設計的等溫燃燒過程,采用水冷式汽缸,並且適當降低了壓縮空氣的壓力。這次重新設計和改製的柴油機,又花費了長達三年的時間,直到1897年,才算最後完成。
這是何等勞累的三年啊。狄塞爾在這次研製工作中,特別慎重。他根據前兩次試驗失敗中獲得的教訓,重新審視了自己原來提出的理論和設計,經過反複推敲,毅然拋棄了不正確的部分。同時,他還把科學技術發展中出現的新知識,特別是有關內燃機方麵的技術知識吸收進來。正因為如此,狄塞爾的內燃機理論,在幾年的研製過程中進行了不斷的修改,也就更為完善了。
當然,在新型柴油機製造過程中,狄塞爾還遇到了經費不足、材料缺乏和技術跟不上等困難。但所有這些困難,他都以頑強的精神一個個地克服了。他的研製工作,一直是在奧格斯堡機器製造廠進行的。除了奧格斯堡機器製造廠對他的支持外,他還得到了克虜伯公司在財力上的援助。應當承認,這些也都是狄塞爾獲得成功的條件。
狄塞爾研製的柴油發動機,在1897年正式誕生了。它運轉時輸出的功率,起初為18馬力,後來達到25馬力。柴油機的熱能損耗較少,使用時效率可以達到38%,超過了其他熱力發動機的效率。1898年,在慕尼黑舉行的國際展覽會上,狄塞爾發明的新式柴油機首次公開展出,得到人們的普遍讚揚。由於柴油機與狄塞爾的名字是緊密聯係在一起的,因此人們也將他的柴油機稱為“狄塞爾機”。亞·斯·波波夫
今天,無線電技術已經廣泛地應用到航空、航海、軍事、生產、科學研究等方麵,在經濟發展和社會進步中起著越來越大的推動作用。無線電的發明者,有人說是波波夫,有人說是馬可尼。究竟是誰呢?實事求是地說,他們兩人都是無線電的發明家。不過,從發明時間上來說,亞曆山大·斯捷潘諾維奇·波波夫比馬可尼要早一點。本文介紹的是波波夫。
1859年3月16日,波波夫出生於俄國皮爾姆省上圖爾斯克縣圖爾英礦山工人鎮(現名紅圖爾英斯克城)。1894年,波波夫研製出接收機後,首先把它應用在雷電的檢測方麵。原來,波波夫和他的助手雷布金觀察到,雷雨時,天空中放出的閃電,在他們製作的金屬屑檢波器上也有反應。這個現象啟發了他們。於是,波波夫冒著生命危險,繼續進行實驗。在1894年6月的一個夜晚,當雷雨交加時,他用接收機成功地記錄下了空中的閃電。他把這台裝置稱為“雷電記錄儀”(也叫做“雷雨指示器”)。這台雷電記錄儀實際上也可以說是世界上第一台無線電接收機。雖然這台接收機還沒有應用到通訊方麵,但是它卻可以記錄出幾十公裏範圍內雷電的信號。
1895年5月7日,俄國物理化學協會在彼得堡召開學術會議。波波夫在會上宣讀了題為《金屬屑同電振蕩的關係》的論文。同時,當場進行了無線電接收機(即“雷電記錄儀”)的實驗表演。他在大廳的講台上放好接收機,助手雷布金在大廳的另一頭操作火花式電磁波發生器。當電磁波發出時,接收機的電鈴馬上響了起來。斷開發生器,鈴聲立即停止。實驗完全成功。人們發出一片驚奇和讚揚之聲。原來不相信電磁波能夠傳遞信號的人,在觀看這次表演後,都不得不信服了。後來,蘇聯政府為了紀念波波夫,把5月7日這一天定為“無線電發明日”。