A gőzgép kialakulása

Denis Papin gőzgépe

A XVII. század vége felé nyilvánvalóvá vált, hogy az emberi erő, a víz- és szélenergia hamarosan nem elegendő, mivel egyre több munkagép jelent meg. Ez különösen az ipar fejlődésével a bányászatban vált nyilvánvalóvá, ahol a mélyművelés miatt egyre nagyobb mélységekbe hatoltak. A szivattyúk meghajtása, melyek a járatokat védték a folyamatosan beáramló víztől, különösen nagy probléma volt. Ezt gőzgéppel oldották meg, amely végül az ipari forradalom egyik fő mozgatórugójává vált.

Már a XVII. XVIII. század fordulóján a Németországban élő Denis Papin épített egy kísérleti gőzgép modellt, vagy ahogy akkoriban mondták: „tűzzel vizet emelt”. Volt egy ötlete: a dugattyúban lehűlő gőz térfogatváltozása (összehúzódása) vákuumot hoz létre, így a dugattyú munkavégzésre alkalmazható.
A gépben, ami gyakorlatilag egy dugattyúból állt, felmelegítette, elgőzölögtette a vizet, majd várta, hogy kihűljön, azaz a gőz lekondenzáljon: a dugattyúban vákuum jött létre, a külső légköri nyomás hatására a dugattyú elmozdult. A kísérleti géppel 27 kg vizet tudott megemelni.

Savery gőzgépe

8 évvel később -1698- egy brit fegyverműszerész, bizonyos Savery is konstruált egy gőzgépet: ő a bányajárat vízmentesítésére szolgáló szivattyú meghajtásában szerette volna ezt a gépet hasznosítani. Ezért a „bányászok barátjaként” ismerték. Savery gépe egy tartályból állt, ahol a víz elgőzölgött, továbbá egy másikból ahol a gőzt bepermetezett hideg vízzel lekondenzálták. A második tartályban így vákuum jött létre, amely csöveken keresztül kiszívta a föld alatti tárókból a vizet. Azonban ezzel a megoldással a vizet csak kb. 30 m-t tudták emelni, és a szaggatott üzem sem felelt meg igazán az elvárásoknak.

Newcomen atmoszférikus gőzgépe

Papin és Savery gépe alapján kezdett el fejlesztésbe Thomas Newcomen kovács, aki az első gyakorlatban igazán hasznosítható gőzgépet hozta létre 1712-ben. Savery gépével ellentétben itt a vákuum nem magát a szivattyúzandó vizet mozgatta, hanem egy dugattyút, ami egy mechanikus áttételen keresztül egy szivattyút hajtott : nem a gőz végezte a munkát, hanem a gőz helyén fellépő vákuum hatására a légköri nyomás. Egy „balancier”, egy himba adta át az erőt a dugattyúról a szivattyúra láncok segítségével.

Mivel a munkát a légköri nyomás végezte, így ezeket a gépeket atmoszferikus gőzgépeknek nevezzük.