Фундаментальные изобретения - сила стихий | DEKRA

Фундаментальные изобретения — сила стихий

31.03.2020

Созданные посредством тщательного наблюдения, изобретательности или просто совпадения: Эти фундаментальные изобретения сформировали развитие самого человечества.

Фото: iStock – Bet_Noire

ВЕТЕР


Иллюстрация: Michael Stach, Paper Background: Tomograf/IstockPhoto

Первые ветряные мельницы

Это был чудовищный великан, которого хотел убить жалкий рыцарь Дон Кихот. В итоге эти гиганты оказались просто ветряными мельницами. История писателя Мигеля де Сервантеса 1605 года оставила свой след в истории литературы. Тем не менее, в то время, ветряные мельницы не являлись новыми изобретениями. Первая мельница была построена в Европе еще в 1180 году. В Вавилоне историки нашли еще более поздние свидетельства существования ветренных мельниц. Записи свидетельствуют о том, что еще в 1750 году до нашей эры было устройство, которое приводилось в движение небольшим ветровым колесом.


Иллюстрация: Michael Stach, Paper Background: Tomograf/IstockPhoto

Современные ветряные турбины

Только в одной Германии насчитывается почти 30 000 ветроэлектрических установок (ВЭУ) или ветряных турбин. Вместе они производят мощность более 56 000 мегаватт. Но возможно быстрее, лучше и эффективнее генерировать электроэнергию: гигантская ветряная турбина Haliade-X 12 МВт генерирует на 45 процентов больше электроэнергии, чем любая другая морская ветряная турбина. Это позволяет только одной турбине обеспечить электричеством целый город из 16 000 семей в течение года. Ожидается, что прототип высотой 260 метров, который был установлен осенью 2019 года в порту Роттердам, будет введен в эксплуатацию в 2020 году. В отличие от старых установок, современные ветроэлектрические установки могут накапливать электричество, тогда, когда оно не требуется, для этого используются аккумуляторы.


Иллюстрация: Michael Stach, Paper Background: Tomograf/IstockPhoto

Энергия ветра для судоходства

Суда перевозят почти 90 процентов грузов в мире. Приблизительно 13 процентов глобальных выбросов оксида серы и 15 процентов выбросов оксида азота генерируются океанскими лайнерами. Однако с 2020 года будут введены ограничения на использование топлива с содержанием серы превышающим 0,5 процента, что значительно меньше по сравнению с предыдущими 3,5 процентами. Таким образом, перспективы использования ветра в качестве источника энергии вновь находится в центре внимания. Роторная парусная технология основывается на эффекте тяги Магнуса. Цилиндр высотой в несколько метров установленный на палубе использует для вращения воздушный поток. Это создает тягу, давая кораблю дополнительную энергию для движения. Ротор служит вспомогательным приводом. Альтернативой может быть парус спинакера, вытянутый перед кораблем и тянущий его вперед при правильных ветровых условиях.

ЗЕМЛЯ


Иллюстрация: Michael Stach, Paper Background: Tomograf/IstockPhoto

Колесо

Вопреки давнему убеждению, что колесо было изобретено примерно в 3500 г. до н.э. в Месопотамии, в настоящее время имеются данные, свидетельствующие о том, что в первой половине четвертого тысячелетия до н.э. в черноморском регионе Европы на колесах двигались земляные вагоны. Возможно, источником вдохновения было гончарное колесо, чьи самые ранние формы могут быть датированы возрастом не менее 6000 лет. Тем не менее, мнения исследователей об изобретении и распространении колеса разнообразны. Но одно можно сказать наверняка: сочетание колеса и кабины — первая техническая революция — изменило жизнь человечества, как никакое другое новшество.


Иллюстрация: Michael Stach, Paper Background: Tomograf/IstockPhoto

Велосипед

Беспедальный велосипед или беговая машина или беговел – сегодня, это изобретение служит для обучения детей езде, перед тем как они научатся ездить на полноценном велосипеде. Он был изобретен в 1817 году и представлял собой дорогое развлечение для дворян. Позже это изобретение называли Dendy-horse или самокат. Изобретателем был Барон Карл Дрез, но этому транспортному средству все еще не хватало критически важного элемента: механического кривошипного механизма педали. В дальнейшем транспортные средства, оснащенные педалями, стали называться велосипедами и появились они примерно в 1860-х годах. Спустя примерно десятилетие за этим последовало изобретение Пенни-фартинг – велосипед с увеличенным передним колесом для достижения более высокой скорости. Затем, через еще одно десятилетие был представлен компактный и безопасный велосипед — прототип велосипеда, каким мы его знаем сегодня.


Иллюстрация: Michael Stach, Paper Background: Tomograf/IstockPhoto

Железная дорога

Благодаря способности интуитивного решения проблем и выдающимся инженерным навыкам британец Ричард Тревитик изобрел паровоз. В 19 лет он работал инженером на нескольких рудниках в Корнуолле. В первые годы 19-го века он работал с паровыми машинами, в 1804 году первый в мире паровоз перевез 10 тонн железа и 70 человек по 16-километровому железнодорожному пути. Отсутствие инвесторов и хрупкая конструкция чугунных рельсов препятствовали прорыву технологии. Другой британец, инженер Джордж Стефенсон, первым преодолел эти трудности. Он усовершенствовал железнодорожные технологии, и в сентябре 1825 года была открыта первая в мире железнодорожная линия между английскими городами Стоктон-он-Тесс и Дарлингтон.

СОЛНЦЕ


Иллюстрация: Michael Stach, Paper Background: Tomograf/IstockPhoto

Солнечное тепло

Изобретатель Архимед, родившийся в 280 году до нашей эры, уже использовал тепловую энергию солнца — даже для военных применений. Он обнаружил, что, фокусируя солнечные лучи с помощью вогнутых зеркал, можно создать такую огромную жару, что вражеские корабли будут подожжены. Исследователи из Массачусетского технологического института (MIT) в эксперименте 2009 года доказали, что этот метод атаки является не просто мифом, а жизнеспособной технологией. В 1767 году Гораций-Бенедикт де Соссюр построил предшественника сегодняшних солнечных коллекторов, накрыв деревянный ящик с черным дном стеклом. В 1909 году Уильям Дж. Бэйли запатентовал систему, которая лежит в основе конструкции солнечных водонагревателей, используемых сегодня. Только во время нефтяного кризиса 1970-х гг. Развитие солнечного водонагревания и поддержки нагрева возобновилось.


Иллюстрация: Michael Stach, Paper Background: Tomograf/IstockPhoto

Генерация электроэнергии

Открытие фотовольтаики помогло ни только созданию карманных калькуляторов и парковочных автоматы, но и космических аппаратов. В 1839 году физик Александр Эдмон Беккерель открыл фотоэлектрический эффект. Объяснение, однако, было предоставлено только Альбертом Эйнштейном в 1905 году, в результате чего он получил Нобелевскую премию по физике в 1921 году. Первое техническое применение для фотоэлектрических систем появилось в 1955 году для подачи питания на телефонные ретрансляторы. В 1958 году первый спутник был оснащен солнечными батареями и отправлен на орбиту. В начале 80-х годов в Калифорнии появилась первая солнечная электростанция.


Иллюстрация: Michael Stach, Paper Background: Tomograf/IstockPhoto

Искусственный свет

На протяжении большей части человеческой истории солнце было единственным источником света. Но Человек стремился принести свет в темные пещеры и дома — сначала с помощью костров, затем сосновых факелов, масляных и сальных ламп, вплоть до свечей и газовых ламп. Только в 1879 году началась эра электрического освещения. Томас Алва Эдисон «изобрел» лампочку, доведя изобретение немецкого часовщика Иоганна Генриха Гебеля 1854 года до технической зрелости. Тем не менее, с момента изобретения лампы накаливания, ни один другой источник света не произвел на рынке такого революционного развития, как светодиод (светоизлучающий диод). Хотя сила светового потока ранних светоизлучающих диодов составляла от 1 до 20 люменов на ватт электроэнергии, к 2013 году она уже возросла до примерно 80-120 люменов на ватт. История светодиодов началась в 1907 году с англичанина Генри Джозефа Раунда. Он обнаружил, что неорганические вещества могут светиться под действием электрического тока. В 1962 году на рынке появился первый красный светодиод, ознаменовавший рождение светодиодов промышленного производства. Шуджи Накамура разработал первый светящийся коммерчески успешный синий светодиод в Японии в 1993 году, эта разработка позволила получить ему Нобелевскую премию по физике 2014 года.

ВОДА


Иллюстрация: Michael Stach, Paper Background: Tomograf/IstockPhoto

Первые водяные колеса

Около 5000 лет назад люди в Месопотамии и Китае разработали ковшовые колеса с ковшами из бамбука или глины. Это было и новшеством, и важной вехой — впервые гидроэнергетика использовалась эффективно. Благодаря применению механики, вода забиралась из рек для орошения окружающих полей. Древняя Греция также были разработаны инженерами водяные колеса и первые насосы, чтобы перекачивать воду из глубины земли до поверхности. Некоторое время спустя стало возможным преобразовать вращательное движение, так что водяные колеса стали наиболее часто использоваться как ведущие колеса для мельниц или точильных камней.


Иллюстрация: Michael Stach, Paper Background: Tomograf/IstockPhoto

Современные гидроэлектростанции

Через трубы и туннели вода из рек или озер направляется в гидроэлектростанцию. Напор играет здесь решающую роль — чем больше напор, тем выше энергия, с которая вода передает турбинами. Затем движение турбин приводит в движение генераторы. В результате механическая энергия превращается в электричество. Плотина «Три ущелья» в Китае с номинальной производительностью 22,5 ГВт является крупнейшей гидроэлектростанцией на Земле. Согласно китайскому информационному агентству Синьхуа, необходимо сжечь 49 миллионов тонн угля, чтобы соответствовать количеству электроэнергии, произведенной этой гигантской электростанцией за год.


Иллюстрация: Michael Stach, Paper Background: Tomograf/IstockPhoto

Электростанции без выбросов

Вода используется не только для производства энергии, но и как эффективный носитель энергии. Исследователи из Университета Граца хотят использовать это свойство при разработке безотходных электростанций. На этих электростанциях вода будет выполнять ряд функций: вода будет не только приводить в движение турбины, но и доводиться до желаемой температуры и служить транспортной средой для централизованного теплоснабжения, направляемой непосредственно к конечному потребителю. Технологии хранения насосов, системы централизованного теплоснабжения и технологии централизованного охлаждения объединены друг с другом.