מנוע הקיטור

מנוע הקיטור הראשון תוכנן על ידי הרו שחי באלכסנדריה שבמצרים בשנת 130 לפני הספירה אולם תוכניתו מעולם לא יצאה לפועל. אם הייתה כזו, היו פניה של ההיסטוריה משתנים כנראה לחלוטין.
המנוע הומצא בפועל בידי ג'יימס ואט במאה ה-18. עקרון הפעולה הוא לחץ גז (קיטור) אשר מפעיל טורבינה. דרך ההפקה השגרתית: פחם מגיע ביחד עם אוויר אל דוד השרפה, ושם הוא נשרף. החום שנוצר במהלך השרפה, גורם לחימום המים שבצינורות הדוד, וכך נוצר קיטור (אדים בלחץ גבוה). את הקיטור מהדוד מובילים אל הטורבינה בצינורות מבודדים ובלחץ רב.
המנוע הוא ההמצאה החשובה ביותר שקידמה את המהפכה התעשייתית באופן משמעותי. עד שנת 1787, גלגלי המכונות בבתי החרושת הונעו באמצעות בני אדם, המים או הרוח. למקורות אנרגיה אלו היו חסרונות בכך שלא תמיד היה לאדם כוח או לא תמיד נשבה רוח וכד'. לכן, היה צורך במקור אנרגיה אחר, יעיל יותר. המצאה זו הייתה מנוע הקיטור של ג'יימס ואט הסקוטי. בתחילה, פעל מנוע הקיטור לשאיבת מים ממכרות הפחם ולאחר מכן, חובר מנוע הקיטור למכונת הטוויה. דבר זה הצעיד את המהפכה התעשייתית צעד עצום קדימה. תוך 13 שנה, פעלו 48 מנועי קיטור במטוויות ובבתי החרושת.
לאחר מכן, מנוע הקיטור חדר גם לתחבורה וגרם להמצאת רכבת הקיטור הראשונה. עקב המצאת המנוע, רבים מהעובדים פוטרו ונשארו מחוסרי עבודה.
המצאת מנוע הקיטור הייתה הכוח המניע של המהפכה התעשייתית. ויש הטוענים כי "מנוע הקיטור היה קרש הקפיצה של התעשייה אל ה"עידן המודרני". עד אותו הזמן היה העובד מפעיל את המכונות או בכוחו הפיזי או בכוחן של בהמות עבודה או בעזרת איתני הטבע - כוח הרוח וכוח המים. משום כך נהגו להקים את בתי המלאכה בעיקר בקרבת מקורות מים, נהרות ותעלות. ואולם ההישענות על איתני הטבע זימנה קשיים ואי-יציבות: לעתים היה זרם המים בנהר איטי, ולעתים לא נשבה הרוח ולא הניעה את המכונות...
כתוצאה מן השימוש במנוע הקיטור התחוללו בתעשייה שינויים רבים - והמהיר שבהם התחולל בתעשיית הטקסטיל. בעלי מטוויות הכותנה היו הצרכנים הגדולים של מנועי הקיטור. טוויית החוטים החלה להיעשות בעזרת מנוע הקיטור - ותעשיית הכותנה, שעד אז הייתה תעשייה ביתית ידנית ברובה, עברה לבתי החרושת, וייצור החוטים הלך וגדל במהירות רבה. גם השיט בים עבר מהפך - מחתירה במשוטים באוניות מפרש התלויות בעוצמת הרוח - אל מנוע הקיטור החזק והיעיל. זאת ועוד: על אוניות הקיטור היה אפשר לטעון מטען גדול וכבד יותר מאשר על אוניות המפרש הישנות.


מכונות רבות, שהומצאו או שוכללו בשנים אלה, היו יצוקות מברזל. מנועי הקיטור - של המכונות החדשות, של האוניות ושל הרכבות - הוסקו בפחם. ואכן, קצב העבודה במכרות הפחם גבר ותפוקתו הלכה וגדלה. ככל שהתפתחה והתפשטה מערכת מסילות הברזל וככל שנוספו למערכת רכבות וקטרים - כן הלך וגבר הביקוש לפחם ולברזל.
כוח חדש זה – מכונת הקיטור, מאה שנים עברו מהניסיונות הראשונים לפתח "מכונת הבל האש", כפי שנקראה בעברית של אז, אשר נועדה תחילה לשאוב מים המציפים את מכרות הפחם, עד לפיתוחה של מכונת קיטור
אוניברסאלית, המסוגלת לא רק לפתח תנועה של הלוך וחזור, ליתר דיוק – של מעלה-מטה, לצורכי שאיבה, אלא ליצור תנועה סיבובית ובאמצעות מערכת ממסרות עשויות גלגלי שיניים, להפעיל כל מכונה. זמן רב מאוד, קרוב למאתיים שנה, נדרשו כדי שמכונת הקיטור תוכל לשמש ליעדים שמקורות הכוח שעמדו עד אז לרשותו של האדם, בעיקר בהמות העבודה, לא יכלו להשיגם כלל. הדבר התגשם רק בעשור האחרון של המאה ה-19, עם המצאתה ופיתוחה של טורבינת הקיטור.
המצאה זו פתחה את הדרך למהפכה התעשייתית. אחד היישומים הראשונים של מנוע זה הייתה הנעת כלי רכב. ב-21 בפברואר 1804 הודגם לראשונה קטר הקיטור בוולס שבבריטניה קטר קיטור צרפתי מתחילת המאה ה-20 במהלך השנים שלאחר מכן התפתחה רשת הרכבות בכל רחבי העולם. הרכבות היו גורם חשוב בתהליכים היסטוריים ובשליטה של מדינות על אזורי הספר שלהם. לדוגמא, הרכבת הטרנס סיבירית שנבנתה בסוף המאה ה-19 אפשרה לרוסיה לחזק את שליטתה בחופי האוקיינוס השקט וליישב את סיביר; קו הרכבת הטרנס-יבשתי הראשון בצפון אמריקה אפשר לפתח את החוף המערבי של ארצות הברית.
דוד הקיטור- בכל מנוע יש צורך בדוד - מיכל שבו יתחממו מים עד שיהפכו לאדים (קיטור). ככל שמוסיפים לחמם את הדוד, כן מתאדים מים רבים יותר ויותר והופכים לקיטור. בו בזמן הולך וגדל לחץ הקיטור על דופנות הדוד, ונוסף על כך מופעל גם על המים החמים לחץ רב יותר, ולכן עולה נקודת הרתיחה שלהם. דוד הקיטור מורכב משני חלקים – מבער ומיכל מים. בדרך כלל נמצא המבער בחלל גדול ובו צינורות. להפקת החום הדרוש ליצירת הקיטור משתמשים במיני דלק שונים – בעיקר פחם, דלק נוזלי וגז בישול. שיטה שונה לחלוטין של הפקת קיטור מבוססת על ניצול החום הנוצר מהתפרקות חומרים רדיואקטיביים בכורים גרעיניים. כך אפשר להפיק קיטור בעזרת החום הנפלט בתהליכים תעשייתיים שונים. כדאי להשתמש בחום עודף זה לחימום ראשוני של מי הדוד, כדי ש כבר בתחילה יקבל התנור מים בטמפרטורה גבוהה. דבר זה חוסך דלק וזמן ומוזיל את מחיר ייצורו של הקיטור.

כיצד פועל מנוע הקיטור?
-בכללי מנוע הקיטור מנצל לחץ של קיטור (אדי ממים) על מנת לדחוף בוכנה מעלה ומטה בתוך צילינדר (גליל).
-במנועי קיטור מסוימים יש מעבה האוסף ומצנן אאת אדי הקיטור הנפלטים, האדים מתעבים, חוזרים לדוד ואפשר להשתמש בהם שוב.
-מנוע קיטור שמצויד במעבה יכול לפעול זמן רב יותר ללא אספקה מחודשת של מים.
כיצד היה בנוי מנוע הסיבובי של ג'ימס ואט? 1. דוד הרתחת המים. 2. שסתום א' פתוח בזמן עליית הבוכנה. 3. גליל וסביבו מעטפת קיטור. 4. בוכנה עולה בלחץ הקיטור. 5. לחץ אטמוספרה (אוויר). 6. אמבט מים לקירור תא העיבוי. 7. תא עיבוי. 8. שסתום ב' סגור בזמן עליית הבוכנה. 9. קיטור עודף נכנס לתא העיבוי. 10. משאבת המכרה. 11. ציר.





הרכבת - ראשיתו של עידן חדש
הרכבת, כלי התחבורה המסמל יותר מכל את המהפכה התעשייתית, מילאה תפקיד מרכזי בהתפתחות התיעוש. תחילה שימשה הרכבת להובלת משאות, ואחר כך גם לתחבורה. לפני זמנה של הרכבת שימשו להובלת סחורות ולתחבורה עגלות ומרכבות רתומות לסוסים, או ספינות מפרש ששטו בנהרות ובתעלות.
התעשייה הקשורה בבניית קרונות רכבת ובהנחת מסילות ברזל התפתחה בזכות שיפורים בתעשיית הברזל. הרכבת עשויה ברובה מחלקי מתכת ונעה על מסילות ברזל באמצעות אנרגיית הקיטור שמקורה בפחם.
הנחת מסילות ברזל לא הייתה מעשה פשוט, והיא נתקלה בהתנגדות ועוררה פחדים ושאלות קשות בקרב האנשים: האם ירד לטמיון הכסף שאנשים השקיעו בסלילת דרכים או בחפירות תעלות מים ששימשו אמצעי תעבורה? מה יהיה גורלם של אנשים שהתפרנסו מבניית עגלות ומרכבות ומייצור רתמות ואוכפים? מה יעלה בגורלם של סוחרי הסוסים ושל בעלי הפונדקים שבצומתי הדרכים? ניסיון ראשון באנגליה לאשר הצעת חוק להנחת מסילת ברזל בין מנצ'סטר לליברפול נכשל - בגלל התנגדות אחד מבני האצולה למעבר הרכבת בשטחי הציד שבבעלותו. מסילת הברזל מאפשרת הובלת נוסעים ומטען למרחקים גדולים במהירות גבוהה. מסילות הברזל החלו להתפתח בבריטניה במאה
ה-19, בד בבד עם המהפכה התעשייתית. באותה עת, וגם זמן רב אחר כך, צורת התחבורה החשובה ביותר הייתה הרכבת הנעה על מסילת הברזל, ובה קטר (או כמה קטרים) המספר את הכוח המניע, וקרונות הנגררים אחריו, לנוסעים ולמטען.
עם הופעתה של הרכבת נוספו תחומי תעסוקה חדשים : בוני קטרים ורכבות, מניחי מסילות ואנשי תחזוקה, נהגים ומסיקי האש של הקטרים, סדרנים, כרטיסנים ופקידים. הופעת הקטר הראשון פתחה עידן חדש בתולדות האנושות, ועד מהרה התגלו יתרונותיה של הרכבת: היא הייתה מהירה יותר מן העגלה והסוס, אמצעי ההובלה שקדמו לה, והיה ביכולתה לשאת כמות גדולה יותר של מטען - חומרי גלם וסחורות - ולהביא אותו ליעדו במהירות רבה יותר.
נוסף על תרומתה לתהליך התיעוש, הייתה לרכבת גם משמעות חברתית: היא שימשה כלי תחבורה וקישרה בין אנשים ממקומות מרוחקים. בערים שבהן עצרה הרכבת נבנו תחנות רכבת והוצב בהן שעון גדול ובולט - שעון הרכבת. שעת יציאתה של הרכבת מן התחנה ובואה אל התחנה השפיעו על חיי העיר. עיר ללא תחנת רכבת נחשבה לעיר מיושנת. הרכבת תרמה גם להפצת מידע ורעיונות - וכך לדוגמה, בשורת המהפכות של "אביב העמים" (1848) הובאה בידי אנשים שנסעו ברכבת מפריס לווינה.


המנוע הקיטור הראשון נבנה כבר בסוף המאה ה-17. אך המהפכה התעשייתית שהכניסה שינוי כביר בחיי האנושות קיבלה תנופה רק עם המצאת הרכבת ( 1829-1804). הוגה הדעות החשוב ביותר, והמשפיע ביותר, שדן במהפכה זו ובהשלכותיה החברתיות היה קרל מרקס. רעיונותיו הלהיבו מיליוני אנשים והנחו מהפכות ברוסיה, בסין, באפריקה, בקובה. גם בארצות בהן לא פרצו מהפכות הייתה לרעיונותיו השפעה עצומה. כדי להבין את הסיבות לכך יש להבין את המהפכה התעשייתית אך לשם כך צריך להבין את אירופה לפני המהפכה התעשייתית.



צמיחת תנועת הפועלים
תנאי החיים של המוני הפועלים בערים היו קשים מנשוא. הנדידה של רבים מן הכפר אל העיר יצרה עודף של ידיים עובדות ששימשו ככוח עבודה זול. מצב שכזה אפשר לבעלי המפעלים לנצל את העובדים. ואכן - תנאי עבודתם של הפועלים היו ירודים ביותר: יום עבודה של פועל בבית החרושת או במכרה היה של 14 ואפילו 16 שעות עבודה- בשכר נמוך ביותר ובתנאי עבודה שסיכנו את חייו ואת בריאותו. הפועלים לא היו זכאים לביטוח מפני תאונות ולביטוח בריאות, ומי שנפצע או חלה - פוטר מיד מעבודתו מבלי לקבל פיצוי כלשהו. מעסיק היה יכול לפטר פועל ללא אזהרה מראש, והפועל המפוטר לא היה זכאי לדמי אבטלה. במפעלי התעשייה הועסקו משגיחים, והם נהגו בקפדנות רבה עם הפועלים והטילו עליהם עונשים כבדים ובעיקר קנסות כספיים על איחור לעבודה, על שיחה במהלך העבודה, על עבודה רשלנית ועוד. לפועלים לא הייתה זכות להתאגד כדי לנסות ולשפר את תנאי עבודתם. משפחות גדולות שוכנו בצפיפות בבתים בתנאי היגיינה קשים, ללא אוורור ראוי וללא תאורה הולמת. מחלות מידבקות פשטו בין הדיירים והפילו חללים. במאה שנים, 1850-1750, גדלה אוכלוסיית אנגליה בקצב מואץ, ומספר התושבים גדל פי שלושה - משישה מיליון תושבים ב-1750 ל-18 מיליון ב-1850. גידול האוכלוסייה גרם להגברת הביקוש לסחורות, ונוצר צורך דחוף לייצר עוד סחורות, לבנות עוד מכונות ולהקים עוד בתי חרושת. גידול האוכלוסייה הרחיב גם את מעגל העובדים, והם נקלטו בתעשייה המתפתחת תנאי החיים הקשים הביאו לידי אלימות, שיכרות ופשע.
הערים הגדולות מתרחבות- התיעוש וגידול האוכלוסייה עודדו את תהליך העיור - הערים התרבו ואוכלוסייתן גדלה . ערים חדשות קמו ונבנו בקרבת מכרות ובקרבת מפעלי תעשייה במהירות מסחררת ובלי תכנון, וערים קיימות ליד נמלים וצומתי תחבורה ראשיים קיבלו תנופת פיתוח והחלו לשגשג ולפרוח. השינויים שהתחוללו באזורים הכפריים השפיעו גם הם על תהליך העיור. כאמור, שטחי ציבור נרחבים צורפו אל שטחי האחוזות הגדולות, מן האיכרים נלקחו שטחי המרעה שלהם, והם נאלצו לעזוב את בתיהם ולנדוד אל העיר. בעיר הם פנו לעיסוקים חדשים והחלו להשתלב בתעשייה המתפתחת.


ג'יימס ואט- ממציא בריטי.

בתחילת המאה ה-18 עדיין שימש כוח המים המניע העיקרי של התעשיות בעולם שהיו בימים ההם בחיתוליהם ובאותה תקופה עוררה המצאת מכונות הטקסטיל החדשות באנגלייה ביקוש למקום כוח בעל עוצמה רבה יותר- התשובה הייתה הקיטור!!!!!! בונה מכשירים סקוטי הוא שהצליח לרתום את הקיטור אל עגלת התעשייה בשנת 1765, בכך שהמציא מנוע שימושי יותר מאלה שקדמו לו. ג'יימס ואט אומנם לא המציא את מנוע הקיטור אך השיפורים שהכניס למנוע הקיטור שהיו קיימים בימיו והדגם החדש שבנה עשו את מנוע הקיטור למקור כוח שימושי וחסכוני.
זמן רב לפני שגילה ג'יימס ואט עניין בנושא זה כבר ידע האדם מספר תכונות של מנוע הקיטור.

על חייו של ג'יימס ואט- מסופר כי בילדותו התבונן ג'יימס ואט במכסה הרועד של קומקום רותח, וכך נולד במוחו הרעיון של מנוע הקיטור, אך אין זו אלא אגדה.
למעשה ואט לא המציא את מנוע הקיטור, אך הוא שכלל ופיתח מנוע זה, עד שהעניק לו את הצורה שמילאה תפקיד מכריע במהפכה התעשייתית.
ואט נולד בגרינוק על נהר קלייד, שם למד ועזר לאביו שהיה בעל בית מלאכה מכני. הוא גילה כשרון רב בבניית דגמים ובגיל 19 נשלח ללונדון, ללמוד שם מכשירנות. אולם בשל בריאות לקויה חזר לביתו בתוך פחות משנה וקיבל משרת מכשירן באוניברסיטת גלזגו, הסמוכה לביתו.
ב-1763 הובא לבית מלאכתו של ואט מנוע קיטור "אטמוספרי", שנקרא מנוע ניוקומן על שם ממציאו, לשם תיקון. למעשה, המנוע לא היה מקולקל, אלא הדוד שלו היה קטן מכדי להפיק כמות מספקת של קיטור. ואט בדק את המנוע היטב וניסה לברר מדוע הוא זקוק לקיטור כה רב. לשם כך ערך ניסויים רבים בלחץ הקיטור, בצפיפותו ובהתעבותו. מנוע ניוקומן היה מבוסס על ניצול הלחץ האטמוספרי לדחיפת הבוכנה כלפי מטה, לאחר שהקיטור בגליל דחף אותה כלפי מעלה, ותוך כדי כך התקרר והתעבה. הקירור נעשה בעזרת סילון של מים קרים, וברור שלא רק הקיטור התקרר, אלא כל הגליל.
ואט הבין שדרוש למנוע זה חום רב – לא רק לחימום הקיטור, אלא גם לחימום הגליל מחדש – ובצדק ראה בכך בזבוז של אנרגיה. לאחר שבדק את הנושא במשך שנתיים, המציא את המעבה הנפרד. היה זה מיכל שחובר אל הגליל באמצעות צינור. מעתה עובה הקיטור בתוך כלי זה, ואילו הגליל נשאר חם. ואט גם הקיף את הגליל במעטה פח, וברווח שנוצר הזרים קיטור, כדי לשמור על חום הגליל. שני שכלולים אלה הביאו בעקבותיהם חיסכון ניכר בדלק ושיפור בהספק. מנוע הקיטור המשוכלל של ואט יוצר בתחילה ליד העיר ברמינגהם בידי תעשיין אנגלי בשם מת'יו בולטון, שעימו נכנס ואט לשותפות ב1775. הדבר השתלם לשניהם, שכן בולטון היה בעל בית חרושת גדול וחדיש וגם היטיב לטפל בצד העסקי של השותפות, בעוד שוואט הוסיף לשכלל את המנוע.
ב- 1782 המציא ואט את מנוע הקיטור הדו כיווני. הוא גילה שאם סוגרים את קצות הגליל, אפשר להזרים בו קיטור תחילה מקצה אחד, ואחר כך מהקצה השני. בכך נפטרים מן התלות בלחץ האטמוספרי, וכל מה שנותר לעשות הוא להבטיח שהקיטור יוזרם מכל קצה של הגליל, בדיוק בקצב של תנועת הבוכנה. לשם כך התקין ואט את אחת מהמצאותיו החשובות ביותר- וסת הקיטור: מערכת של מנופים ומשקולות, הכוללת ברז המכוון את זרימת הקיטור. כמו כן פיתח שיטות שונות להמרת תנועת ההלוך ושוב של הבוכנה לתנועה הסיבובית הרצויה. מנוע קיטור מסוג זה הוא ששימש להנעת קטרי רכבת ולהנעת אוניות.
ואט המציא גם מד לחץ מיוחד, המשמש למדידת ההספק של מנועים, וכן קבע יחידת מידה להספק זה הקרויה "כוח סוס", ומשמשת עד היום בכמה תחומים אף שהוחלפה כעבור זמן ביחידה מטרית להספק מכני וחשמלי, הקרויה על שמו של ואט. במחקריו של ואט גילה שהמים הם תרכובת של חמצן ומימן, הוא פיתח מכונה להעתקת פסלים בשלושה מימדים ומכשיר להעתקת מכתבים.