Если в латунном цилиндре расходуется так много пара от быстрого охлаждения стенок, то нельзя ли сделать его из другого материала, «медленнее принимающего и отдающего тепло».

Уатт строит модель с деревянным цилиндром диаметром в 6 дюймов и ходом поршня в 12 дюймов, и производит с ней ряд опытов. «Но и в этом цилиндре тоже, оказывается, количество пара, конденсирующегося при наполнении его, все же пропорционально превосходило количество пара в больших машинах, если судить по данным Бэйтона».

Чтобы притти к этому выводу, Уатту, очевидно, пришлось до этого проделать ряд опытов и измерений. Вероятно, он начал с повторения исследования Бэйтона, т. е. измерил количество воды, выкипевшей из котла в течение определенного числа ходов поршня, или, может быть, просто точно вымерил объем воды, выпущенной за это время из цилиндра. Вероятно, несоответствие с цифрами Бэйтона, а также и арифметическая ошибка Бэйтона побудили Уатта проверить его цифры и по существу, т. е. постараться каким-либо иным способом, независимо от работы машины, определить объем пара, получаемый на единицу объема воды. Уатту действительно принадлежит заслуга этого первого, более или менее точного определения. Он подробно описывает опыт, при помощи которого ему пришлось разрешить эту задачу. Способ был довольно грубый, но результат, как это было проверено более поздними исследованиями, оказался достаточно точным: один куб. дюйм воды давал около 1800 куб. дюймов пара температуры 121° Фаренгейта (100°Ц) при атмосферном давлении.

Это определение является, пожалуй, одним из основных моментов в работе Уатта. Точный учет парообразования раскрыл гораздо отчетливее многие явления. Только теперь можно было точно учесть расход пара.

Что пар расходуется непроизводительно от несвоевременной и бесполезной конденсации — было очевидно. Но надо было выяснить причины и размеры эти) потерь и, по возможности, устранить их. И Бэйтон, и Дезагилье не могли не предполагать потерь пара от охлаждения внутри цилиндра ньюкомэновской машины. Но, вероятно, они считали их настолько незначительными, что даже, как мы видели, при расчете потребления пара совершенно ими пренебрегали.

Зная количество выкипевшей воды, нетрудно было определить объемное количество пара, израсходованного на один ход поршня. Цифра получилась совершенно ошеломляющая: объем израсходованного пара составлял трех или четырехкратный объем цилиндра, — и это в машине с деревянным цилиндром, где было устранено остывание его стенок от наружного воздуха. Это было совершенно непонятно!

Непонятны были также и другие явления, хорошо известные на практике: высокая температура конденсационной воды и затем тот факт, что если впрыскивать в цилиндр слишком много воды, то машина работает с гораздо большей силой, может быть, несколько медленнее, но зато топлива пожирает массу; если впускать воды поменьше, то падает мощность машины, зато получается экономия на топливе. Практикам хорошо было известно это внутреннее противоречие, и они нашли выход из него. Практика пошла по среднему пути. «Старые инженеры, — говорит Уатт, — поступали разумно, довольствуясь нагрузкой только в 6 или 7 фунтов на кв. дюйм площади поршня», т. е. не производя полного вакуума. Но едва ли кто-нибудь отдавал себе ясный отчет — почему вто так происходит.

Очевидно, при большом количестве воды, впрыскиваемом в цилиндр, получается лучшее разрежение. Но почему? Недаром Уатт был механиком глазгоуского университета. Как-раз учеными этого университета и были произведены исследования, давшие объяснение этому. Ведь профессор Кэллен произвел ряд опытов над температурой кипения воды при различных давлениях, и не кто иной, как Робисон был как-раз занят в это время аналогичными исследованиями над температурой кипения жидкостей в разреженном пространстве. Робисон исследовал кипение воды, спирта, смеси спирта с водой, смеси воды с серной кислотой. Об этих опытах рассказывал Блэк на своих лекциях. Работа Уатта непосредствено примыкала к этим исследованиям, а именно: он старался выяснить зависимость между температурой кипения и давлением как-раз в промежутке от вакуума до атмосферного давления. Уатт говорит, что он пришел к своим выводам в этой области чисто аналитическим путем: построив кривую точек кипения при давлении большем атмосферного; он продолжил ее и для давлений ниже атмосферного и пришел к выводу, что если температура изменяется в арифметической прогрессии, то давление изменяется в геометрической, Отсюда становилось ясным, почему для лучшей работы машины требуется впрыскивание большего количества холодной воды в цилиндр. Чем больше остужался цилиндр, тем большее разрежение там получалось, и температура охлаждения при этом играла значительную роль.

Чем ниже температура смеси воды, получившейся от конденсации пара и холодной воды, впрыснутой в цилиндр, тем ниже давление паров этой смеси, тем меньше, следовательно, сопротивление их атмосферному давлению на поршень.

«При более высокой температуре вода в цилиндре производила бы пар, который оказывал бы некоторое сопротивление давлению атмосферы», — писал Уатт.

Уатт не говорит, как он пришел к выводу, что и стенки цилиндра должны быть сильно охлаждены для хорошего вакуума. Но этот вывод напрашивался сам собой, ведь иначе же нельзя было достичь низкой температуры смеси.

Итак, впрыскивание большого количества холодной воды в цилиндр действительно являлось одним из необходимых условий хорошей работы машины. С этим фактом приходилось считаться. Теперь он был доказан научно. «Всякое приближение к вакууму могло быть достигнуто только впрыскиванием большого количества воды», — говорит Уатт.

Но что было связано с такой усиленной инжекцией? «Эта сравнительно холодная вода оставалась на дне цилиндра, она должна была вытесняться паром. Поэтому нельзя было помешать пару приходить в соприкосновение с ней», — читаем мы в примечаниях Уатта.

Не трудно было догадаться, что от этого пар будет конденсироваться. В цилиндре ньюкомэновской машины как-раз получилось то, что еще Дезагилье считал одним из недостатков в машинах Сэвэри. Но этого мало.

«Так как самый цилиндр, — пишет Уатт, — охлаждался впрыснутой водой, то он должен был осаждать большое количество пара каждый раз, как он снова наполнялся им. Охлаждение увеличивало этот недостаток в четырехкратной или даже большей степени, так как проникновение тепла или холода в цилиндр происходило, как квадрат разностей температур между стенками сосуда и паром».

Высокая температура выходящей из цилиндра воды поражала Уатта. Это явление, впрочем, удивляло, как мы видели, не только его одного. Многим бросался в глаза столь высокий нагрев таким ничтожным, в сущности, количеством воды, превращенным в пар Уатт не мог себе объяснить этого явления, хотя про делал опыт для проверки его, и действительно «оказалось, что вода, превращенная в пар, может нагреть до 212° Фаренгейта (100° Ц) или до того, что он перестанет сгущать пар, колодезную воду в количестве шестикратного ее веса».

Профессор Блэк разъяснил его недоумение, рассказав ему об открытом им законе скрытой теплоты. Вероятно, сам Блэк был очень доволен опытом Уатта явившимся новым и очень ярким подтверждение) его теории.

Наблюдения над высокой температурой воды, выпускаемой из цилиндра, и исследование причин этого в сущности, не дали Уатту ничего нового для усовершенствования машины. Они только с особенной отчетливостью показали, какая ценная вещь пар, какое огромное количество тепла содержится в нем, а следовательно, и как много топлива уходит на его образование, как тщательно поэтому нужно беречь и экономить каждую его частицу.

В свете этих исследований, каким всепожирающим Молохом должна была представиться ему машина Ньюкомэна!

Недостатки машины были обусловлены не каким либо посторонним и более или менее легкоустранимым обстоятельством, но они оказались органически связанными с машиной, входящими как необходимый и неотъемлемый элемент ее работы, даже больше, почти как основной принцип ее работы.