- •1. Специфика технических наук, их отношение к естествознанию, математике и гуманитарным наукам. Техническая теория.
- •Формирование рационального обобщения в технике
- •2. Характеристика неклассического этапа развития науки и техники.
- •Познавательная модель
- •Создание теории относительности
- •Распространение в научном сообществе теории относительности
- •Химия и биология
- •Техника и технологии периода неклассической науки
- •3. Системно-интегративные тенденции в современной науке и технике.
- •Новые области науки, созданные во второй половине XX века
- •4. Кризис классической инженерной деятельности и формирование нового понимания инженерии.
- •Развитие системных и кибернетических представлений в технике.
- •Новое понимание научно-технического прогресса в контексте устойчивого развития.
- •История технических знаний как самостоятельная область исследования.
- •9. Технические знания Древности и Античности до V в. Н. Э
- •Уровень технического и технологического развития в древних цивилизациях
- •Цивилизация Древнего Китая. Искусство и ремесленное производство начинают интенсивно развиваться после 1500 г. До н.Э., когда уже была известна обработка бронзы.
- •Периодизация античной науки
- •Загадки античной техники
- •Технические знания в Средние века ( V-XIV вв.).
- •Возникновение взаимосвязей между наукой и техникой. Технические знания эпохи Возрождения (XV-XVI вв.)
- •12. Научная революция XVII в. Становление экспериментального метода и математического естествознания как предпосылки приложения научных результатов в технике
- •Изменение познавательной ситуации
- •Множественность обитаемых миров
- •Новая модель мира. Кеплер в своей книге обозначил три закона движения планет.
- •Космология и механика Галилея
- •Философско-методологическая манифестация научной революции
- •Социальная сторона научной революции XVII века
- •Краткий научный итог XVII века
- •Специфика познавательной модели
- •Век просвещения
- •Научные направления XVIII века
- •Металлургический процесс Вероятно, самой важной проблемой металлургии в XVIII в. Была проблема замены древесного угля (которого остро не хватало) на минеральное топливо.
- •Промышленная революция
- •Научные дисциплины и направления технического развития XIX века
- •Основные вехи классической термодинамики
- •Основные вехи электродинамики
- •Химия XIX века
- •Биология в середине XIX века
- •Наблюдение, измерение, фиксация
- •Новые принципы организации научных исследований
- •Образование
- •Техника и технологии XIX века
- •14. Возникновение в конце XVIII в. Технологии как дисциплины, систематизирующей знание о производственных процессах.
- •15. Формирование технических наук механического цикла.
- •16. Формирование системы теплотехнических дисциплин.
- •17. Формирование технических наук электротехнического цикла.
- •18. Создание научных основ радиотехники. Возникновение радиоэлектроники. Становление радиолокации.
- •19. Математизация технических наук. Физическое и математическое моделирование.
- •21. Реализация советского атомного проекта. Появление новых технологий и технологических дисциплин.
- •22. Развитие полупроводниковой техники и микроэлектроники.
- •23. Решение научно-технических проблем освоения космического пространства
- •24. Информатика в системе наук, становление ее теоретических основ.
- •Структура информатики
- •25. Информационное общество – история концепции и становление
- •26. История доэлектронной информатики. Механические и электромеханические устройства и машины.
- •Аналоговые вычислительные машины (авм).
- •Электронные вычислительные машины (эвм).
- •Аналого-цифровые вычислительные машины (ацвм).
- •27. Зарождение электронной информатики
- •Развитие элементной базы компьютеров
- •Появление персональных компьютеров
- •Концепция открытой архитектуры
- •28. Развитие эвм и программирования
- •29. Становление и развитие искусственного интеллекта.
- •30. Формирование и развитие индустрии средств переработки информации.
15. Формирование технических наук механического цикла.
Развитие теоретических знаний ведет к созданию машин и машинного производства (мануфактуры). В этом принимает участие механика, математика, физика и химия. Возникновению экспериментальной науки больше всего способствовали знания о действии механических устройств и сведения из области технологии, следовательно, все более сложные механические устройства. Механика к тому моменту имела значительные теоретические и практические достижения в механизмах для переноса тяжестей, судостроении, ирригации, военном деле.
Из всех наук механика была наиболее тесно связана с техникой. Она раньше всех разделилась на теоретическую и прикладную. Появляются новые конструктивно-технические элементы, технологические приемы и, следовательно, технологические знания, применяемые в производстве. В исследовании различных свойств вещества и энергии нуждались металлообрабатывающая промышленность, стеклодувная, текстильная и т.д.
Выдвижение механики на первый план произошло в соответствии с особенностями процесса познания, т.к. механика изучает простейшую форму движения – перемещение. Коренные преобразования в мануфактурном производстве в условиях зарождавшегося капитализма привели к возникновению современного естествознания.
16. Формирование системы теплотехнических дисциплин.
Вплоть до второй половины XVIII века люди использовали для нужд производства в основном водяные двигатели. Так как передавать механическое движение от водяного колеса на большие расстояния невозможно, все фабрики приходилось строить на берегах рек, что не всегда было удобно. Кроме того, для эффективной работы такого двигателя часто требовались дорогостоящие подготовительные работы (устройство, прудов, строительство плотин и тому подобное). Были у водяных колес и другие недостатки: они имели малую мощность, работа их зависела от времени года и с трудом подавалась регулировке. Постепенно стала остро ощущаться нужда в принципиально новом двигателе: мощном, дешевом, автономном и легкоуправляемом. Именно таким двигателем на целое столетие стала для человека паровая машина. Идея парового двигателя была отчасти подсказана его изобретателям конструкцией поршневого водяного насоса, который был известен еще во времена античности.
Первые паровые машины, впрочем, были не столько двигателями, сколько паровыми насосами, используемыми для откачки воды из глубоких шахт. Принцип их действия основывался на том, что после своего охлаждения и конденсации в воду пар занимал пространство в 170 раз меньше, чем в разогретом состоянии. Если вытеснить из сосуда воздух разогретым паром, закрыть его, а потом охладить пар, давление внутри сосуда будет значительно меньше, чем снаружи. Внешнее атмосферное давление будет сжимать такой сосуд, и если в него поместить поршень, от будет двигаться внутрь с тем большей силой, чем больше его площадь. Впервые модель такой машины была предложена в 1690 году Папеным. В 1702 году создал свой насос Сейвери (паровой водоподъёмник, предназначавшийся для осушения шахт и перекачивания воды, и ставший прототипом паровой машины). Но наиболее широко применялась в первой половине XVIII века паровая машина Ньюкомена, созданная в 1711 году.
Фактически в машине Ньюкомена работу совершало атмосферное давление, а пар служил только для создания разряженного пространства. В целом машины Ньюкомена сыграли огромную роль в сохранении угольной промышленности. С их помощью удалось возобновить добычу угля во многих затопленных шахтах. Про изобретение Ньюкомена можно сказать, что это была действительно паровая машина, вернее, пароатмосферная машина. От предыдущих прототипов паровых машин её отличало следующее:
движущей силой в ней было атмосферное давление, а разрежение достигалось при конденсации пара;
в цилиндре находился поршень, который совершал рабочий ход под действием пара;
вакуум достигался в результате конденсации пара при впрыскивании внутрь цилиндра холодной воды.
В свете дальнейшего развития парового двигателя становится ясным основной недостаток машины Ньюкомена - рабочий цилиндр в ней являлся в тоже время и конденсатором. Из-за этого приходилось поочередно то охлаждать, то нагревать цилиндр, и расход топлива оказывался очень велик. Бывали случаи, когда при машине находилось 50 лошадей, едва успевавших подвозить необходимое топливо. Коэффициент полезного действия (КПД) этой машины едва ли превышал 1%. Другими словами, 99% всей теплотворной энергии терялось бесплодно. Тем не менее эта машина получила в Англии распространение, особенно на шахтах, где уголь был дешевый. Последующие изобретатели внесли несколько усовершенствований в насос Ньюкомена. В частности, в 1718 году Бейтон придумал самодействующий распределительный механизм, который автоматически включал или отключал пар и впускал воду. Он же дополнил паровой котел предохранительным клапаном. Но принципиальная схема машины Ньюкомена оставалась неизменна на протяжении 50 лет, пока ее усовершенствованием не занялся механик университета в Глазго Джемс Уатт. В 1763-1764 годах ему пришлось чинить принадлежавший университету образец машины Ньюкомена. Уатт изготовил небольшую ее модель и принялся изучать ее действие.
В 1768 году на основе этой модели на шахте горнозаводчика Ребука была построена большая машина Уатта, на изобретение которой он получил в 1769 году свой первый патент. Самым принципиальным и важным в его изобретении было разделение парового цилиндра и конденсатора, благодаря чему не затрачивалась энергия на постоянный разогрев цилиндра. Машина стала более экономичной. Ее КПД увеличился. Несколько последующих лет Уатт трудился над совершенствованием своего двигателя. При этом ему пришлось преодолеть множество затруднений как финансового, так и технического порядка.
Были и другие проблемы: двигатель требовал герметичности и точнейшей подгонки деталей друг к другу. Поршень и цилиндр должны были идеально подходить по своим размерам, чтобы не допускать утечки пара. Такая точность была в новинку для машиностроения тех времен, не было даже необходимых точных станков. Выточка цилиндров большого диаметра представлялась почти неразрешимой проблемой. В результате первые машины Уатта работали неудовлетворительно: из цилиндра вырывался пар, конденсаторы действовали плохо, пар свистел через отверстие, в котором двигался поршневой шток, просачивался между стенками поршня и цилиндра. Пришлось создавать специальные станки для расточки цилиндров. (Вообще, создание паровой машины положило начало настоящей революции в станкостроении - чтобы освоить производство паровых двигателей, машиностроению пришлось подняться на качественно более высокий уровень.) Наконец все трудности были преодолены, и с 1776 года началось фабричное производство паровых машин.
Хотя эта машина Уатта, так же как и двигатель Ньюкомена, оставалась односторонней, она имела уже важное отличие - если у Ньюкомена работу совершало атмосферное давление, то у Уатта ее совершал пар. Увеличивая давление пара, можно было увеличить мощность двигателя и таким образом влиять на его работу. Впрочем, это не устраняло основного недостатка такого типа машин - они совершали только одно рабочее движение, работали рывками и потому могли использоваться только как насосы. В 1775 -1785 годах было построено 66 таких паровых двигателей. Для того, чтобы паровой двигатель мог приводить в действие другие машины, необходимо было, чтобы он создавал равномерное круговое движение. Принципиальное отличие такой машины состояло в том, что поршень должен был совершать два рабочих движения - и вперед и назад. Такой двигатель двойного действия был разработан Уаттом в 1782 году.
Благодаря полученному в результате всех этих преобразований вращательному движению рабочего вала новый двигатель Уатта годился для привода других рабочих машин. Это позволило ему сыграть революционную роль в развитии крупной машинной индустрии. За 1785-1795 годы было выпущено 144 таких паровых двигателя, а к 1800 году в Англии функционировала уже 321 паровая машина Уатта. Их применяли буквально во всех сферах производства.
Совершая краткий экскурс в историю создания паровых машин, нельзя пройти мимо личности нашего выдающегося соотечественника Ивана Ивановича Ползунова (1729-1766), построившего пароатмосферную машину раньше, чем это сделал Джеймс Уатт. Будучи механиком Колывано-Воскресенских горнорудных заводов на Алтае, он предложил 25 апреля 1763 г. проект и описание «огнедействующей машины». Проект попал на стол к начальнику заводов, который одобрил его и отослал в Петербург. Ползунов предлагал построить вначале небольшую машину, на которой можно было бы выявить и устранить все недостатки, неизбежные в новом изобретении. Заводское начальство с этим не согласилось и решило строить сразу огромную машину для мощной воздуходувки.
Двигатель Ползунова коренным образом отличался от английских машин Сэйвери и Ньюкомена. Те были одноцилиндровые и пригодны лишь для откачки воды из шахт. Двухцилиндровый двигатель непрерывного действия Ползунова мог подавать дутье в печи и откачивать воду. В дальнейшем изобретатель рассчитывал приспособить его и для других нужд.
Всего за три месяца работы машина Ползунова не только оправдала все затраты на её постройку, но и дала чистую прибыль. Однако, после того, как у машины перегорел котел, она простояла без действия 15 лет. В 1782 г. машина была разобрана.