UHL═

Lo₧iska uhlφ, ropy a zemnφho plynu jsou obrovskΘ zßsobßrny zkondenzovanΘ sluneΦnφ energie, kterΘ se tvo°ily miliony let. LidΘ je vyu₧φvajφ k zφskßvßnφ tepla, pot°ebnΘho pro vytßp∞nφ, va°enφ, v²robu sv∞tla, a takΘ k zφskßvßnφ mechanickΘ energie, pro n∞₧ vynalezli parnφ stroj, turbφnu a spalovacφ motory.

Ro₧e≥ Leonarda da Vinci.

Pod povrchem naÜφ planety le₧φ poklady, kterΘ nikdy nebyly shroma₧dovßny do klenotnic mocn²ch, nenaÜli bychom v nich ani Üperky, ani zlatΘ mince. A p°ece se i o n∞ vedly vßlky, umφrali pro n∞ lidΘ. Jsou to lo₧iska uhlφ, ropy a zemnφho plynu. O tom, jak tato lo₧iska vznikla a jak se t∞₧φ, vyprßvφme na jinΘm mφst∞. Tady si povφme, k Φemu nßm vlastn∞ slou₧φ.
   Co lidΘ oce≥ujφ na t∞ch na prvnφ pohled nijak zajφmav²ch surovinßch? P°edevÜφm to, ₧e v sob∞ skr²vajφ pom∞rn∞ snadno uvolnitelnou energii.

Energii skrytou v uhlφ uvolnφme nejsnßze v podob∞ tepla. Teplo vyu₧φval Φlov∞k ji₧ od sv²ch prvnφch kr∙Φk∙ na Zemi. A nejen vyu₧φval, bylo pro n∞j ₧ivotn∞ nutnΘ. Od okam₧iku, kdy ovlßdl ohe≥, vykroΦil na cestu z pralesa do vesmφru.

VYT┴P╠N═

Po dlouhß tisφciletφ lidem jako jedinΘ palivo slou₧ilo d°evo (nepoΦφtßme-li v²jimky, jako nap°. suÜen² trus velk²ch b²lo₧ravc∙).SuchΘ v∞tve ho°ely v prav∞k²ch ohniÜtφch, vyschlß polena vyh°φvala st°edov∞kΘ krby i pece venkovsk²ch chalup. Teprve v minulΘm stoletφ se zaΦalo k vytßp∞nφ b∞₧n∞ u₧φvat i uhlφ. Nebylo to toti₧ zpoΦßtku v∙bec jednoduchΘ.
   Prvnφ kamna na uhlφ si dal v Praze patentovat Christoph Bergner, povolßnφm alchymista, roku 1766. Tak dlouho vÜak byl sv²mi sousedy osoΦovßn z otravovßnφ vzduchu kou°em, a₧ mu topit uhlφm tehdejÜφ m∞stskß rada zakßzala.

Bergner m∞l vÜak tvrdou hlavu a topil tak dlouho, a₧ se k n∞mu dostavila komise, aby kamna zapeΦetila. Zarputil² alchymista komisi vyhnal, a kdy₧ se vrßtila spolu s policejnφm doprovodem, pou₧il proti strß₧nφk∙m dokonce pistoli. Nakonec se to obeÜlo bez krve, ale takΘ bez kamen na uhlφ. Pokrok musel jeÜt∞ chvφli poΦkat i kdy₧ z dneÜnφho hlediska se nßm rozhodnutφ pra₧sk²ch radnφch jevφ spφÜe jako moudrΘ ne₧ zpßteΦnickΘ.
   Od Bergnerov²ch Φas∙ mnoho vody neuplynulo, p°esto se lidΘ nauΦili topit nejen uhlφm, ale i produkty z ropy a takΘ plynem. ObyΦejnß kamna nahradilo ·st°ednφ a dßlkovΘ vytßp∞nφ.

Aeolipile.

┌ST╪EDN═ A D┴LKOV╔ TOPEN═

Abychom dali zadost rΦenφ "nic novΘho pod sluncem", musφme poznamenat, ₧e ·st°ednφ topenφ u₧φvali ve sv²ch palßcφch a p°edevÜφm lßznφch ji₧ sta°φ ╪φmanΘ p°ed vφce ne₧ dv∞ma tisφci lety. Nejen vÜak sta°φ ╪φmanΘ Φi jinΘ vysp∞lΘ starov∞kΘ civilizace v MalΘ Asii, Indii a jinde. TeplovzduÜnΘ vytßp∞nφ b²valo ve st°edov∞ku i na Pra₧skΘm hrad∞ (topilo se v n∞m samoz°ejm∞ v²hradn∞ d°evem).
   Modernφ doba zaΦala pro ·st°ednφ vytßp∞nφ nejprve pou₧φvat horkou pßru. Tou byly vytßp∞ny u₧ v 17. stoletφ nap°φklad sklenφky v Anglii. Horkß voda se pro p°enos tepla zaΦala pou₧φvat a₧ asi o 100 let pozd∞ji. K opravdovΘmu rozmachu ·st°ednφho vytßp∞nφ nep°isp∞lo ani tak pou₧φvßnφ uhlφ (i kdy₧ bez n∞j by to neÜlo, topit d°φvφm v mnoha velk²ch kotelnßch by asi naÜe lesy nep°e₧ily), jako spφÜe vynßlez ₧ebrov²ch radißtor∙.
   Dnes se i ·st°ednφ topenφ ukazujφ jako mßlo ekonomickß. Mnohem ·sporn∞jÜφ je dßlkovΘ vytßp∞nφ cel²ch sφdliÜ¥ nebo m∞st. Topenφ uhlφm je pom∞rn∞ jednoduchΘ a lacinΘ, velmi vÜak zneΦiÜ¥uje ovzduÜφ. Pokud nezvolφme jin² zdroj (produkty ropy, zemnφ plyn, jadernou teplßrnu), musφme pou₧φt bu∩ nßkladnß za°φzenφ pro zachycenφ zplodin ho°enφ, nebo n∞jak² typ velmi dokonalΘho spalovßnφ. Nap°φklad v ohniÜtφch s tzv. fluidnφm spalovßnφm se spaluje uhlφ umletΘ na jemn² prßÜek vznßÜejφcφ se v proudu vzduchu. Sho°φ dokonale, bez kou°e a d²mu.

HR┴TKY S TEPLEM

U₧ ve starov∞ku si lidΘ uv∞domovali, ₧e teplo v sob∞ skr²vß obrovskou energii. Zajφmav²mi pokusy s tepl²m vzduchem se zab²val nap°φklad °eck² matematik a fyzik Heron Alexandrijsk² (okolo 150 -100 p°. Kr.). Na zßklad∞ poznßnφ, ₧e vzduch se teplem roztahuje, a pokud ho uzav°eme do neprodyÜnΘ nßdoby, pak se zah°φvßnφm zvyÜuje jeho tlak, sestrojil °adu d∙mysln²ch za°φzenφ r∙znΘ vodotrysky, rotujφcφ koule a takΘ samoΦinnΘ otevφrßnφ chrßmov²ch dve°φ, kterΘ budilo v prost²ch v∞°φcφch doslova ·₧as.
   K praktiΦt∞jÜφmu ·Φelu vyu₧il teplΘho vzduchu o mnoho staletφ pozd∞ji Leonardo da Vinci. Pomocφ vrtulky pohßn∞nΘ stoupajφcφm tepl²m vzduchem nad ohniÜt∞m otßΦel peΦenφ na ro₧ni.

S═LA = P┴RA

Zφskat z uhlφ teplo je snadnΘ. Jak vÜak p°evΘst teplo na zdroj sφly, na mechanickou energii? K tomu nßm pom∙₧e pßra.
   O tom, ₧e horkß pßra je ·Φinn² zdroj sφly, v∞d∞l u₧ Archimedes (287 - 212 p°. Kr.), kter² navrhl dokonce i jakΘsi parnφ d∞lo. Na skuteΦnΘ vyu₧itφ pßry si vÜak lidstvo muselo poΦkat a₧ do 17. stoletφ. Tehdy sestrojil profesor univerzity v Marburgu Denis Papin (1647 - 1712) stroj, kter² u₧ m∙₧eme nazvat parnφ. Jeho stroj konal u₧iteΦnou prßci jenom p°i pohybu pφstu sm∞rem dol∙, tj. tehdy, kdy₧ na n∞j p∙sobil atmosfΘrick² tlak vzduchu. Proto jsou stroje pracujφcφ na tomto principu naz²vßny atmosfΘrick²mi.

Papinovy zßsluhy o vynßlez parnφho stroje jsou nezpochybnitelnΘ, kuri≤znφ ovÜem je, ₧e se daleko vφce proslavil mnohem prozaiΦt∞jÜφm objevem dodnes Üiroce u₧φvan²m tlakov²m hrncem neboli "papi≥ßkem".

P╪EDCH┘DCI PARN═HO STROJE

P°es ΦetnΘ nedostatky se atmosfΘrickΘ parnφ stroje zaΦaly Üφ°it zejmΘna v hornictvφ p°i Φerpßnφ vody. Osv∞dΦil se tu zejmΘna "oh≥ov² stroj" anglickΘho in₧en²ra Thomase Saveryho (1650-1715), naz²van² "p°φtel hornφk∙".

Papin∙v atmosfΘrick² stroj. Z parnφho kotle 1 se vede pßra do vßlce 2, kde tlaΦφ na hornφ plochu pφstu 5 a pohybem sm∞rem k dolnφmu konci vßlce vytlaΦuje z pod pφstu vodu potrubφm 3 do nßdr₧ky 4. V dolnφ ·vrati zav°e ventil 7 p°φvod pßry, otev°e se ventil 6, pßra z vßlce unikne do vzduchu, tφm vznikne ve vßlci podtlak, do vßlce vnikne novß dßvka vody a vytlaΦφ pφst vzh∙ru. Uzav°e se ventil 6, otev°e ventil 7 - p°φvod pßry a cel² d∞j se opakuje.

   O vzniku Saveryho stroje se vyprßvφ zajφmavß historka. In₧en²r jednou s p°ßteli popφjel vφno a prßzdnou lßhev odhodil do zapßlenΘho krbu. Zrovna v tu chvφli mu p°inesli mφsu s vodou, aby si mohl um²t ruce. Pro zßbavu sv²ch p°ßtel vytßhl z krbu horkou lßhev a pono°il jejφ hrdlo do um²vadla. K p°ekvapenφ celΘ spoleΦnosti se lßhev rychle naplnila vodou. Vysv∞tlenφ nenφ slo₧itΘ: v horkΘ lßhvi vznikl podtlak a voda se do nφ hrnula p∙sobenφm vn∞jÜφho (atmosfΘrickΘho) tlaku vzduchu na hladinu vody v um²vadle. Na stejnΘm principu pracoval i Papin∙v stroj.
   PokraΦovatelem Saveryho se stal dalÜφ AngliΦan, Thomas Newcomen (1663-1729). "Oh≥ovΘ stroje" znal d∙v∞rn∞, byl strojnφkem na dole, kde byly zavedeny. Z jeho mnoha zlepÜenφ je jedno zßsadnφ. Zatφmco Savery dosahoval kondenzace pßry polΘvßnφm vßlce studenou vodou (tφm se snφ₧il ve vßlci tlak pßry a pφst mohl p∙sobenφm tlaku vzduchu sestoupit do dolnφ polohy), Newcomen zavedl vst°ikovßnφ studenΘ vody p°φmo do vßlce. To bylo mnohem rychlejÜφ a ·Φinn∞jÜφ.
   AtmosfΘrickΘ stroje naÜly v 18. stoletφ v hornictvφ velkΘ uplatn∞nφ. Na ·zemφ tehdejÜφ habsburskΘ monarchie se u₧φvaly v banskoÜtiavnickΘm revφru, kde p∙sobil J. K. Hell ( 1713 - 1789). Tento nadan² technik zkonstruoval nejd°φve pro pohon Φerpadel n∞kolik tzv. vodosloupov²ch stroj∙, o n∞co pozd∞ji pak teplovzduÜn² stroj. Nakonec vybavil zdejÜφ doly atmosfΘrick²mi stroji Newcomenova typu, kterΘ vÜak sßm postavil. Na evropskΘm kontinent∞ byly ojedin∞lΘ, a tak banskoÜtiavnickΘ doly mohly sm∞le sout∞₧it s tehdy nejvysp∞lejÜφm anglick²m hornictvφm.

Newcomen∙v atmosfΘrick² stroj. Z kotle je vpuÜt∞na pßra do vßlce nad nφm. Kdy₧ vytlaΦila pφst vyvß₧en² protizßva₧φm k hornφmu konci vßlce, stlaΦilo vahadlo pφst d∙lnφ pumpy. V tΘm₧e okam₧iku se uzav°el p°φvod pßry do vßlce, otev°el se kohout v potrubφ od nßdr₧e s vodou a do vßlce vst°φkla studenß voda. Tφm se pßra srazila ve vodu, tlak ve vßlci se snφ₧il pod atmosfΘrick² tlak, venkovnφ vzduch srazil pφst ve vßlci dol∙ a vahadlo se zßva₧φm zvedlo pφst d∙lnφ pumpy. Tak se to st°φdav∞ opakovalo a pumpa Φerpala vodu z dolu.

NA SC╔NU P╪ICH┴Z═ WATT

Za vynßlezce parnφho stroje je obecn∞ pova₧ovßn James Watt (1736 - 1819). Jeho zßsluhy jsou nespornΘ, ale u₧ te∩ vidφme, ₧e dφky sv²m p°edch∙dc∙m m∞l na co navazovat. S modelem Newcomenova atmosfΘrickΘho stroje se Watt seznßmil na glasgowskΘ univerzit∞, kde byl zam∞stnßn jako mechanik: Model nefungoval a Wattovi dalo mnoho prßce, ne₧ se mu ho poda°ilo uvΘst do chodu. Tφm se ale takΘ mnoho nauΦil. Prvnφ d∙le₧itΘ zlepÜenφ, kterΘ zavedl byl kondenzßtor. Stroj te∩ pracoval hospodßrn∞ji. DalÜφ problΘm spoΦφval v ut∞sn∞nφ pφstu. VyzkouÜel mnoho materißl∙, a₧ p°iÜel na jednoduchΘ, ale o to genißln∞jÜφ °eÜenφ uzav°el vßlec naho°e i dole a obklopil pφst po obou stranßch pßrou. Zm∞nil tak atmosfΘrick² stroj na opravdu parnφ. K praktickΘmu vyu₧φvßnφ stroje ve vÜech mo₧n²ch oborech zb²valo vy°eÜit jeÜt∞ spoustu "drobnostφ", se vÜemi si vÜak nakonec Watt poradil. Roku 1782 ud∞lal pak dalÜφ zcela zßsadnφ krok: zφskal patent na dvojΦinn² parnφ stroj. Do tΘ doby byla pßra p°ivßd∞na jen na jednu stranu pφstu a jeho stlaΦenφm vykonala vyu₧itelnou prßci. U dvojΦinnΘho stroje se pßra p°ivßdφ st°φdav∞ na ob∞ strany pφstu. Mno₧stvφ vyu₧itelnΘ prßce se tak vlastn∞ zdvojnßsobuje.
   Parnφ stroj se zaΦal prosazovat ve vÜech mo₧n²ch oborech. Vyprßvφ se, jak si jist² majitel pivovaru v Anglii objednal u Watta parnφ stroj. M∞l vÜak podmφnku - stroj musel zastat stejn∞ velkou prßci jako dosud pivovarnφk∙v k∙≥. Ten dokßzal vyΦerpat ze studny v pr∙m∞ru za 1 sekundu 500 liber vody do v²Üe 1 stopy. Watt zhotovil stroj, kter² za stejnou dobu a do stejnΘ v²Üky vyΦerpal dokonce 550 liber vody. Obchod byl uzav°en, ale kv∙li tomu by asi p°φb∞h do d∞jin fyziky nevstoupil. Dodnes se traduje proto, ₧e zmi≥ovan² v²kon stroje se stal na dlouhou dobu jednotkou pro m∞°enφ v²konu. AngliΦanΘ ji naz²vali horse-power, co₧ (ne ·pln∞ p°esn∞) odpovφdß ko≥sk²m silßm naÜich d∞deΦk∙.

SchΘma pohonu hnacφ nßpravy parnφ lokomotivy.

Dnes u₧ si t∞₧ko dovedeme p°edstavit, co ve svΘ dob∞ vynßlez parnφho stroje znamenal. Musφme si vÜak uv∞domit, ₧e p°ed nφm vlastn∞ neexistoval ₧ßdn² dostateΦn∞ mohutn² a zßrove≥ na p°φrodnφch podmφnkßch nezßvisl² zdroj energie. Jen dφky parnφmu stroji se mohly rozvφjet tovßrny vybavenΘ mnoha stroji, ₧eleznice mohly spojit m∞sta i stßty a parnφky p°ekonßvat mo°e i oceßny. Snad nejlΘpe to vystihuje nßpis na Wattov∞ nßhrobku ve WestminsterskΘm opatstvφ: "Zdroje svΘ zem∞ rozÜφ°il, Φlov∞ka moc rozmno₧il a povznesl se tak do p°ednφch °ad mezi nejslavn∞jÜφ v∞dce a skuteΦnΘ dobrodince lidstva."

Lavalova parnφ turbφna.

PARN═ TURB═NY

Energii ukrytou v palivu p°evßdφ parnφ stroj zjednoduÜen∞ °eΦeno na mechanick² pohyb pφstu. Ten m∙₧eme popsat jako vratn² p°φmoΦar². P°i pou₧itφ stroje k Φerpßnφ vody to bylo docela v²hodnΘ, brzy se vÜak ukßzalo, ₧e v mnoha p°φpadech, nap°φklad pro pohon jin²ch stroj∙ by byl vhodn∞jÜφ pohyb rotaΦnφ. R∙znΘ p°evodovΘ mechanismy m∞ly svß ·skalφ, a tak se hledaly jinΘ cesty. Jedna vedla k rotaΦnφmu parnφmu stroji, druhß k parnφm turbφnßm. Ta prvnφ cesta se Φasem ukßzala slepou, po tΘ druhΘ krßΦφme dodnes.

S principy parnφ turbφny se znovu setkßvßme ji₧ v dalekΘ historii, t°eba u °eckΘho uΦence Herona. Roku 1629 vyÜla kniha Le Machine, ve kterΘ jejφ autor, italsk² in₧en²r G. Branca, popisuje jakΘsi parnφ kolo, ve skuteΦnosti pravzor turbφny. Prvnφ modernφ parnφ turbφnu p°edstavil ve°ejnosti roku 1884 anglick² konstruktΘr Charles Parsons ( I 854 -1931 ). Turbφna m∞la na spoleΦnΘm h°φdeli upevn∞nou °adu lopatkov²ch kol uzav°en²ch ve vßlci. Z trysek rozvßd∞cφch v∞nc∙ p°ichßzela na lopatky pßra z parnφho kotle a roztßΦela je. Na konci celΘho systΘmu odchßzela pßra ven, tak°ka beze zbytku vyu₧itß.
   Prvnφ Parsonsovy turbφny dosahovaly a₧ 18 000 otßΦek za minutu, co₧ bylo nev²hodnΘ. Trvalo 15 let, ne₧ se je vynßlezci poda°ilo snφ₧it na optimßlnφch 1 500 za minutu.

Brancovo parnφ kolo se dalo pou₧φt mnoha zp∙soby.

DalÜφm kdo stßl u zrodu parnφch turbφn, byl ÜvΘdsk² vynßlezce Gustav Laval (1845 - 1913). P∙vodn∞ vynalezl odst°edivku na mlΘko a v parnφ turbφn∞ hledal pro ni vhodn² pohon: Na rozdφl od p°etlakovΘ Parsonsovy turbφny byla Lavalova rovnotlakß (tlak pßry je v celΘm systΘmu stejn², pohyb zp∙sobuje pouze rychlost pßry).
   V²hodou parnφch turbφn oproti parnφm stroj∙m je p°edevÜφm vyÜÜφ ·Φinnost. To znamenß, ₧e turbφny dokß₧ou vyu₧φt v∞tÜφ Φßst energie dodanΘ v palivu. A tak, jestli₧e se s parnφm strojem m∙₧eme dnes setkat prakticky jen v muzeu, pat°φ turbφny pln∞ do v∞ku modernφ techniky. NeobeÜla by se bez nich ₧ßdnß z naÜich tepeln²ch nebo jadern²ch elektrßren, kde slou₧φ jako "motor" pro v²robu elektrickΘ energie.