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Ottocento

Ottocento. Prof. Edoardo Rovida. Ottocento. Idee Realizzazioni Nascita della grande industria Insegnamento istituzionalizzato Nascita dell’editoria scientifico-tecnica Sviluppo dell’associazionismo scientifico-tecnico. Idee.

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Presentation Transcript

  1. Ottocento Prof. Edoardo Rovida

  2. Ottocento • Idee • Realizzazioni • Nascita della grande industria • Insegnamento istituzionalizzato • Nascita dell’editoria scientifico-tecnica • Sviluppo dell’associazionismo scientifico-tecnico

  3. Idee • Meccanica statistica(Maxwell(1831-1879), Gibbs(1839-1902), Boltzmann(1844-1906) • Fluidi viscosi: Reynolds(1842-1912)(scorrimento dei fluidi – teoria della lubrificazione) Stokes(1819-1903) Rayleigh(1842-1919), Thomas Young (1773- 1829), Joseph Antonio Ferdinando Plateau (1810-1833) • Fluidi perfetti: Kelvin(1824-1907) • Progresso nei calcoli • Termodinamica

  4. Reynolds mostra l’esistenza dei due regimi di moto(1883)

  5. Thomas Young • Concetto di tensione superficiale(una superficie liquida è come una membrana in tensione) • 1804: pubblica un lavoro sull’analogia fra la superficie di un liquido ed una membrana elastica • Spiega il comportamento dei liquidi nei capillari

  6. Joseph Antonio Ferdinando Plateau • Osservazioni sulla formazione delle gocce: • -sferiche in teoria(in assenza di influenze esterne) • -di fatto oblunghe, per effetto di gravità e resistenza dell’aria

  7. Progresso nei calcoli: studio della fatica • 1842: disastro ferroviario di Versailles: rottura di un asse della locomotiva • Rankine istituisce le prime ipotesi • 1854: Braitwaite introduce il termine “fatica”

  8. Termodinamica • Robert von Mayer(1814-1878): equivalente meccanico del calore(1842) • Hermann von Helmholtz(1821-1894): primo principio della termodinamica • James Joule(1818-1889): perfeziona il calcolo dell’equivalente meccanico del calore • Rudolf Clasius(1822-1888) e Sadi Carnot(1796-1832 e : secondo principio della termodinamica; concetto di entropia

  9. Primo principio della termodinamica • Ha vari “scopritori” (ci arrivano indipendentemente e tutti attorno al 1840): • -Julius Robert Mayer(1814-1878) • -Herman von Helmholtz(1821 – 1894) • James Joule (1812 – 1889) • In particolare, Mayer e Joule(1842-43) calcolano l’equivalente meccanico del calore(4,184 J/cal)

  10. Secondo principio della termodinamica: Sadi Carnot(1796-1832) • Scopre che non tutto il calore si trasforma in lavoro: concezione del 2° principio(anteriore al primo, il che dimostra il carattere intricato e complesso dell’evoluzione scientifica) • Ca nel 1820 enuncia il 2° principio • Reazione francese agli sviluppi della macchina a vapore in Inghilterra: riscossa francese in termini di analisi astratta e rigorosa dei principi di funzionamento della macchina a vapore

  11. Moto perpetuo: la sua impossibilità è dimostrata dalla Termodinamica • 1° principio: gli attriti assorbono energia e non si riesce ad assicurare un funzionamento ciclico senza apporto continuo di energia • 2° principio: “incompletezza” della trasformazione del calore in lavoro(non potrà mai venire completamente recuperato il lavoro perso negli attriti e trasformato in calore) • Molti tentativi di macchine(ancor oggi si trovano dei sognatori) • Nel ‘700: l’Accademia francese delle Scienze: rende pubblica la decisione di non prendere più in considerazione “invenzioni” sul moto perpetuo

  12. Franz Reaulaux • Precursore della scienza della progettazione • In due suoi libri(1875 e 1900) fa una catalogazione degli organi di macchine in modo sistematico

  13. Entusiasmo per gli sviluppi della meccanica e della tecnica • Illusione che gli sviluppi tecnici possano risolvere tutti i problemi • Grandi Esposizioni(Londra, Parigi, Vienna): celebrano questo entusiasmo • Qualche voce discorde: Oscar Wilde(1854-1900) teme che gli uomini diventino simili a macchine

  14. Realizzazioni • Diffusione macchina a vapore • Diffusione energia elettrica • Diffusione sistema metrico decimale • Aumento del numero di brevetti • Nasce la turbina a vapore • Sviluppo dei trasporti • Organizzazione del lavoro

  15. Macchina a vapore • Aumenta la potenza: dai 40 kW(macchina di Watt) agli 80 kW • Tra ‘700 ed ‘800 si diffonde rapidamente e sostituisce molti impianti ad acqua • 1807: Fulton muove un battello con la macchina a vapore • 1827: nave Curaçao attraversa l’Atlantico senza bisogno di vele • 1835: a Birmingham: attive 169 macchine a vapore • 1838: servizio regolare di navi a vapore attraverso l’Atlantico • 1860: iniziano i giocattoli “scientifici”: modelli funzionanti di macchina a vapore

  16. Potenze ricavate(1° metà Ottocento) • Ruota idraulica ca 5 cavalli • Mulino a vento 10-12 cavalli • Macchina a vapore 15-16 cavalli

  17. Diffusione dell’energia elettrica • 1799: pila di Volta • Grazie agli studi di Colombo(rettore del Politecnico di Milano)nasce la centrale elettrica di via S.Radegonda(seconda al mondo dopo quella di New York - 1883) • Sviluppo impianti idroelettrici • Elettrificazione industria e trasporti • Indipendenza dell’Italia dalle fonti di energia • Nascita dell’industria elettromeccanica

  18. Azionamento elettrico delle macchine operatrici • Prima:macchina a vapore, albero di trasmissione, pulegge e cinghie(complicazione, ingombro, perdite di energia, pericoli per le persone) • Poi: azionamento elettrico(semplicità, efficienza, compattezza, sicurezza)

  19. Diffusione dei brevetti • 1790 Prima legge americana sui brevetti • 1791 Prima legge francese sui brevetti • 1800-1882 Adozione di leggi sui brevetti nella maggior parte di paesi europei • 1883 Convenzione di Parigi sulla protezione della proprietà industriale

  20. Nascita della turbina a vapore • Primi esperimenti nel XVIII secolo • Parsons(1884) realizza una turbina costituita da tante “piccole” turbine in serie, frazionando la caduta totale di pressione in tante “piccole” fasi per ciascuna turbina

  21. Sviluppo dei trasporti • Ferrovie • Navigazione • Bicicletta • Automobile • “Aereo”

  22. Ferrovie • 1804 – Richard Trevithick monta una macchina a vapore su un carro su rotaie(la locomozione stradale è ancora troppo difficoltosa per la resistenza al moto alta e la potenza disponibile bassa) • 1814 – George Stephenson perfeziona la locomotiva e costruisce la prima ferrovia • 1825 – prima ferrovia in Inghilterra • 1839 –prima ferrovia italiana (Napoli-Portici) (2 locomotive di costruzione inglese(Bayard e Vesuvio) progettate sul modello di Stephenson • 1840- linea ferroviaria Milano-Monza • 1860- rete ferroviaria europea: 50.000 km(15.000 in G.B) • 1863 – prima metropolitana in Inghilterra • 1882: rete ferroviaria europea: 165.000 km • Fine ‘800: le ferrovie sostituiscono in buona misura i trasporti su canali navigabili, con aumento di velocità e di capacità di trasporto: il basso coefficiente di aderenza ruota-rotaia impone basse pendenze e, quindi, infrastrutture molto estese

  23. Macchina a vapore di Richard Trevithick(1800) • vapore entra nel cilindro • chiusa la valvola di immissione, il pistone viene spinto dal vapore in espansione • quando raggiunge il punto morto infariore si apre la valvola equilibratrice che fa passare il vapore nella parte del cilindro sotto il pistoneriequilibrando la pressione • pistone, spinto dal vapore, risale • apertura valvola di scarico • apertura valvola di immissione:tutto ricomincia da capo

  24. Locomotiva a vapore di Richard Trevithick(1804) macchina a due cilindri; il vapore, dopo aver lavorato nel primo cilindro alla pressione di 3-4 kg/cm², non viene scaricato ma inviato in un secondo cilindro, più grande, dove continua a lavorare espandendosi fino a valori di poco inferiori alla pressioneatmosferica

  25. Locomotiva a vapore di Richard Trevithick(1804) • Trevithick installò su un carro il motore di Watt per trasportare 25 tonnellate di materiali a una velocità di 6 km/h • Con la sua invenzione, Trevithick dimostrò che tra le ruote lisce e le rotaie c'era sufficiente aderenza per trasmettere la forzadi trazione • I lavori di Trevithick indirizzarono i costruttori verso le macchine ad alta pressione ad espansione multipla • La sua macchina fu più usata in Franciache in Inghilterra

  26. Locomotiva a vapore di George Stephenson(1825) • George Stephenson e suo figlio fecero muovere il primo treno viaggiatori della storia, costituito da una locomotiva rinnovata e da sei piccoli vagoni nei quali presero posto i viaggiatori, tra le città di Stockton e Darlington, nel Newcastle, ad una velocità per quei tempi eccezionale di 25 Km/h

  27. Locomotiva a vapore di George Stephenson(1825) • nel focolare (1) brucia carbone  calore per riscaldamento acqua • nei tubi a fumo (4) scorrono i fumi provenienti dal focolare • trasformazione acqua-vap. in (2) • indicatore di livello (3): valutazione quantità acqua in caldaia (il liquido deve coprire la volta superiore del focolare) • fumi: dalla camera a fumo (5) al camino Il vapore prodotto si accumula nella parte più alta della locomotiva, detta duomo (6), quindi giunge alla camera di distribuzione (7) in questa scorre il cassetto di distribuzione: regola entrata e uscita del vapore dal cilindro - Il vapore, entrando attraverso le due luci spinge lo stantuffo (8) ora a destra  e poi a sinistra e fa così muovere biella e manovella (9) e di conseguenza le ruote

  28. Locomotiva(1854) • Inizio del superamento della trazione animale • Aumentano le richieste di carbone: l'Inghilterra, grazie ai suoi grandi giacimenti e alla facilità di trasporto, consolida le posizioni di avanguardia delle sue industrie e vende carbone a mezza Europa

  29. Industria italiana delle ferrovie • 1862: rete ferroviaria 3000 km • 1880: rete ferroviaria 9290 km • Fino al 1885: macchinari ferroviari importati • 1886: Breda • 1887: Costruzioni Meccaniche di Saronno • 1900: Officine Meccaniche di Milano • Fine ‘800: inizia l’elettrificazione(grande importanza del Tecnomasio)

  30. Tender per locomotiva (Ansaldo 1858)

  31. Trazione ferroviaria a vento • Vettura con propulsione a vela, in servizio fra Sesto Calende e Tornavento fra il 1858 ed il 1865

  32. Funicolari • 1842: Inghilterra: prima funicolare(convoglio su binario trainato da una fune) • 1862: Lione: prima funicolare europea a servizio pubblico(collega il centro città con la terrazza della Croce Rossa) • 1880: funicolare del Vesuvio: prima italiana

  33. Navigazione • Robert Fulton realizza il primo battello a vapore, nel 1807, con una ruota a pale mossa da un motore costruito dallo stesso Watt; con questa imbarcazione vengono percorse 150 miglia in 32 ore (sei volte meno del tempo di navigazione a vela).

  34. Navigazione • 1837: Ericson applica al suo battello un’elica sommersa sott'acqua. • 1840: Isambard Brunel utilizza questo nuovo sistema di propulsione a elica; costruisceun transatlantico e lo modifica applicandovi un motore a vapore che fa girare delle eliche sommerse

  35. Bicicletta • 1820: “draisina”(trave su ruote per avanzare seduti, con la spinta dei piedi a terra) • 1853: Philipp Moritz Fisher: bicicletta a cui applica cuscinetti a sfere • 1877: biciclo da corsa(Renard)(i pedali azionano direttamente la ruota motrice, che deve quindi avere un grande diametro) • 1880: si “riscopre”la moltiplica(già disegnata da Leonardo) e diminuisce il diametro della ruota motrice

  36. Draisienne(1818)ruote in legno – azionamento mediante spinta dei piedi a terra

  37. Hobbyhorse(1818)versione in ferro ed evoluzione della draisina(compaiono i pedali)

  38. Michaudina 1(1855)pedali applicati alla ruota anteriore

  39. Michaudina 2(1855)pedivelle a lunghezza regolabile – ruote a raggi di filo metallico – rivestimento dei cerchi in gomma piena

  40. Michaudina 3 (1861)freno posteriore

  41. Monociclo(1869)ruota con diametro di 2 m – scarso utilizzo

  42. Biciclo Ariel (1870)pedali sulla ruota – notevole instabilità

  43. Bicicletta a catena(1870-80)compare la trasmissione

  44. “Bicicletto” (1876)gomme piene – molleggio forcella anteriore

  45. Bicicletta(industria) • 1885: Bianchi • Prinetti & Stucchi

  46. Automobile • Motore • Componenti • Autoveicoli

  47. Motore: i precursori 1678 - L’abate Jean d’Hautefuille costruisce una macchina che sfrutta l’esplosione della polvere da sparo per generare una rarefazione al fine di aspirare le acque della Senna nei giardini di Luigi XIV 1682 - L’olandese Christian Huygens costruisce una macchina a polvere pirica nella quale un’esplosione solleva uno stantuffo che, discendendo poi sotto l’azione della pressione atmosferica, solleva dei pesi 1791 - L’inglese John Barber propone e brevetta una specie di motore a turbina a gas dove due getti, uno di aria e l’altro di gas, bruciano in una camera; il getto dei gas combusti avrebbe dovuto investire e mettere in moto una ruota a palette. Non si hanno notizie di realizzazioni 1794 - L’inglese Robert Street descrive una macchina a combustione interna con stantuffo e manovellismi 1801 - Il francese Philippe Lebon d’Humbersine introduce l’uso del gas illuminante per l’utilizzo con continuità in macchine motrici, inoltre propone la precompressione della carica prima della combustione

  48. Motore: i precursori 1820 - L’inglese W. Cecil, in una memoria presentata alla Società Filosofica di Cambridge, dichiara di aver costruito e sperimentato una macchina atmosferica, funzionante a 16 giri al minuto e con un consumo di 0.48 mc di idrogeno all’ora. 1824 - Il francese Sadi Carnot pubblica il documento “Riflessioni sul potere del calore di indurre il movimento” 1833 - L’inglese Wellman Wright deposita un brevetto di un motore in cui per la prima volta si menziona l’accensione al punto morto superiore

  49. Motore: Barsanti e Matteucci 1843 - padre Eugenio Barsanti effettua le prime esperienze durante le sue lezioni di fisica al collegio S. Michele di Volterra sulla pistola di Volta 1853 - 5 giugno - Eugenio Barsanti e Felice Matteucci depositano alla segreteria dell’accademia dei Georgofili di Firenze un plico sigillato contenente un rapporto su alcuni nuovi esperimenti dei suddetti, il quale descriveva dettagliatamente il loro motore

  50. Il motore di Barsanti e Matteucci : Una miscela di aria e idrogeno veniva introdotta nel cilindro, tramite alcune valvole a cassettino, veniva accesa da una scintilla prodotta da un apparato elettromagnetico di Ruhmkorff, e la sua combustione provocava l'improvviso innalzamento dello stantuffo. In questa fase non si produceva lavoro utile, cioè lo stantuffo era libero di muoversi lungo la sua corsa ascendente e si impegnava con l'albero motore solo nella fase discendente, essendo il suo moto collegato tramite cremagliera e ruota matta. Una volta che lo stantuffo di trovava nella sua massima quota, si verificava che il prodotto della combustione condensasse rapidamente provocando una forte depressione nel cilindro. Quindi lo stantuffo veniva richiamato intensamente verso il basso, sia dalla differenzadi pressione tra l'interno e l'esterno del cilindro, sia dal suo peso

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