Джемс Уатт

Хотя память у Бойля чрезвычайно слаба, но он все же может вспомнить, как лет пятнадцать тому назад к нему явился молодой француз, отрекомендовавшийся доктором медицины и членом Парижской академии наук. С первых же слов выяснилось, что Папэн интересуется теми же вопросами, которые занимали недавно и самого Бойля: давлением атмосферы, явлениями пустоты, способами получения безвоздушного пространства. Папэн прекрасно знал труды Торичелли, работы Герике, и сам много занимался усовершенствованием воздушного насоса. Если бы у Бойля память была получше, он вспомнил бы, что Папэн принес ему тогда показать свою только-что вышедшую работу, посвященную голландскому ученому Гюйгенсу, «Новые опыты над пустотой с описанием машин, служащих для производства ее».

Папэн поставил себе задачу найти какой-нибудь способ практически использовать в качестве движущей силы ту огромную силу, которую представляет собой давление атмосферы. Немецкий ученый Лейбниц подсказал ему, что наилучшим прибором для этого мог бы быть насос с поршнем, если бы под поршнем можно было получить безвоздушное пространство. Над этой то задачей и бился Папэн, поднимая поршень до верхнего края закрытого снизу цилиндра, закрепляя его там, выкачивая из под поршня воздух при помощи насоса. Затем Папэн освобождал поршень, который с силой вталкивался атмосферным давлением в цилиндр, поднимая груз, подвешенный к веревке, прикрепленной к нему и перекинутой через блок. Но это не было решением задачи, так как выкачивание воздуха требовало много времени и сил, а надо было получить пустоту мгновенно…

Бойль не спросил Папэна, почему он уехал из Парижа, но в разговоре выяснилось, что Папэн — гугенот, и это объяснило многое. Потертый камзол и изможденное лицо показывали, что молодой доктор сильно нуждался. Бойль не раз помогал нуждающимся ученым; он и сейчас предложил Папэну денег, но тот отказался их принять. Подходящих занятий сразу нельзя было найти для Папэна. Чтобы дать ему заработок, Бойль предложил ему для начала перевести один богословский трактат. (Сам Бойль наряду с наукой занимался много и богословием). Через некоторое время Бойль пригласил его к себе в ассистенты. Они вместе работали над опытами с воздушным насосом, но вместе с этим Папэн вел и свои работы.

Француз оказался человеком необычайно талантливым. 22 июня 1679 года он демонстрировал в Королевском обществе свой «развариватель», в котором воду можно было нагреть гораздо сильнее, нежели самый крутой кипяток. В этом «разваривателе» кости можно было превращать в студень. В нем очень быстро приготовлялась пища, а потому и экономилось много топлива. Развариватель представлял собой герметически закрытый чугунный котел с привинченной крышкой, с небольшим отверстием в ней, плотно закрывавшимся входившим в него стержнем, прижимаемым рычагом, на свободный конец которого был подвешен груз. Папэн знал, что в котле получается очень большое давление napą, и это приспособление — предохранительный клапан — должно было предупреждать взрыв котла. Для Папэна важно было прежде всего использовать высокую температуру воды, о каком-нибудь практическом использовании давления пара он пока еще не думал. Он довольно долго испытывал мытарства со своим разваривателем, но никаких выгод от этого изобретения не получил. Прибор, однако, был очень интересный. Раз как-то члены Королевского общества устроили даже ужин, все кушания для которого были приготовлены в этом папэновом котле. Но это было уже позже, когда Папэн уехал в Венецию, где ему предложили выгодную работу. Он не остался в Лондоне, несмотря на то, что его выбрали даже в члены Королевского общества. Впрочем, он через три года снова вернулся в Англию совсем нищим. Его назначили куратором Общества, с жалованием в 30 фунтов стерлингов в год. Он должен был демонстрировать опыты на заседаниях. Как можно было прожить на эти деньги в Лондоне семейному человеку?! Понятно, что его легко мог переманить к себе в Германию ландграф Гессенский. Ведь у Папэна было большое научное имя, а ландграф увлекался всякими техническими новшествами. Папэн несколько лет пробыл в Германии, к этому времени и относятся его попытки построить первый прибор с применением пара для получения безвоздушного пространства под поршнем. Описание этого прибора дано Папэном в лейпцигских «Трудах ученых» за 1690 год.

Посмотрим, что он пишет в своей статье…

«В машине для нового применения пороха, — начал читать Бойль, — которую я описал в «Трудах» в сентябре 1688 года, первым условием было, чтобы порох, взрываемый на дне цилиндра, заполнял пламенем все пространство так, чтобы воздух был совершенно вытеснен оттуда и в цилиндре образовалась бы совершенная пустота под поршнем. Но там же было указано, что, несмотря на все предосторожности, в цилиндре оставалось еще около одной пятой части всего воздуха, а вследствие этого, вместо того чтобы поднимать триста фунтов, можно было поднять только сто пятьдесят фунтов»…

Да, — вспомнил Бойль, — действительно, Папэн рассказывал, что они вместе с Гюйгенсом еще в Париже пытались получить пустоту под поршнем, взрывая под ним порох.

По этому принципу они думали построить машину для подъема воды в резервуары, которые должны были питать фонтаны невиданной до того времени мощности в новой королевской резиденции в Версале. Этой мыслью заинтересовались во французских придворных кругах. Идея принадлежала Гюйгенсу, но она оказалась неудачной.

Уже при первых опытах с моделью, силой взрыва поршень вырвало совсем из цилиндра, несмотря на задвижку, которая должна была его удерживать у края цилиндра. Папэн потом уже самостоятельно усовершенствовал прибор, сделав в поршне клапан, через который выходил избыток пороховых газов, но, как видно, и с этим усовершенствованием прибор действовал неудовлетворительно.

…«Поэтому, — читал Бойль дальше, — я попытался другим путем достичь той же самой цели: так как вода имеет то свойство, что небольшое ее количество, обращенное в пар силой жара, имеет такую же упругую силу, что и воздух, когда же пар подвергается действию холода, то снова обращается в воду, так что не остается никакого следа этой упругой силы, поэтому я пришел к мысли, что можно построить машину, в которой при помощи не очень сильного жара и с небольшими усилиями можно произвести эту совершенную пустоту, какой не удалось добиться при помощи пороха.

В закрытую с одного конца трубу AA наливается небольшое количество воды слоем в 3–4 линии. Когда поршень вставлен, то он опускается донизу, пока через отверстие L не выступит вода; тогда это отверстие закрывается стержнем М, затем надевается крышка II и под трубой АА помещается небольшой огонь, от которого труба АА быстро нагревается, так как она сделана из тонкого металла, и находящаяся в нем вода, превратившись в пар, оказывает столь сильное давление, что преодолевает давление атмосферы и поднимает поршень ВВ, пока углубление Н не покажется над II и в него с легким стуком не вдвинется пружиной О стержень Е. Тогда огонь отнимается, и скоро пар в тонкостенной трубе снова превращается в воду, а все пространство в трубе остается совершенно лишенным воздуха. Если затем стержень Е вывести из углубления II, дать стержню DD опуститься, то поршень ВВ вдавливается вниз силой всего веса атмосферы и производит желаемое движение, сила которого пропорциональна диаметру трубы. Не может быть никаких сомнений, что весь вес атмосферы оказывает свое действие в таких трубах, так как я путем опыта установил, что поршень, поднятый до верха трубы силой жара, вскоре снова опустится до дна, и так несколько раз, так что не может быть никаких подозрений о наличии давления воздуха и снизу.

Цилиндр Папэна.

Моя труба имела диаметр не больше 2½ дюймов и все же поднимала 60 фунтов, а сама труба не весила и 5 унций. Я поэтому вполне уверен, что при весе трубы всего лишь 40 фунтов, если бы только можно было сделать такие трубы, при каждом ходе поршня она будет в состоянии поднимать по 2000 фунтов на высоту 2 футов. Кроме того, я убедился, что достаточно одной минуты времени, чтобы на умеренном огне поднять поршень до верхнего края.