Danmarks Tekniske Museum

E

N

E

R

G

I

&

K

R

A

F

T

Dampmaskinerne var et teknisk gen-nembrud, der revolutionerede verden.Aldrig havde man kendt en maskinemed så store muligheder. Dette galtbåde produktionsmæssigt og indenfor transport. Landsdele blev bundetsammen og rejser til udlandet blevmulige med tog og skib.

Mange forfattere har hyldet dampma-skinen. Johannes V. Jensen skriver iMaskinerne, at: “den arbejder meduafbrudt sikkerhed under sine betin-gelser, skønt ingen formår at forestillesig eller følge den vekselfart, hvormedstemplet og gliderne deler dampenmellem sig og mønter spændingen udi bevægelser. Enhver organisk reakti-on tager sin tid, selv så lidt som atoverskue tallet 15, men maskinen

Til læreren

nøler ikke, venter ikke på besked”.Ligeledes har H. C. Andersen i mangeaf sine beretninger og eventyr talt om“vor travle maskinbrusende tid”.

Dampmaskinen gjorde stort indtrykpå alle i datiden, men stadig i nutidenbetages folk af den umådelige kraft,som ligger i sådanne maskiner.Betagelsen af et damptog indhyllet irøg og damp kendes af både voksneog børn. Det er netop denne betagelsevi ønsker at finde frem i nærværendemateriale.

Materialet “Dampens kraft” er fortæl-lingen om tilblivelsen af damp somdrivkraft og er tiltænkt fageneNatur/Teknik og Historie. Målgruppe:Folkeskolens 5.-6. klasse.

© Skoletjenesten Danmarks Tekniske Museum 2002 Tekst: Marlene Pedersen Redaktion: Jan RindomOmslag: DSB Fotoarkiv / Fotograf ubekendt Layout: Hans Peter Boisen / Skoletjenesten Tryk: Kailow Graphic Info: www.skoletjenesten.dk og www.tekniskmuseum.dk

3

Sådan beskriver forfatteren JohannesV. Jensen dampmaskinen på verdens-udstillingen i Paris år 1900. Dampma-skinen så man første gang i slutningenaf 1700-tallet, og i løbet af 1800-tallethavde den vundet manges hjerter pågrund af dens store kraft. Men brugenaf damp har man kendt til i flere tu-sind år.

Historien fortæller, at der foran etgammelt egyptisk tempel flammede enkraftig ild på et alter. Idet man nærme-de sig dørene, åbnede de automatisk,som var de styret af en ånd. Men hvor-

Egyptisk tempel. Når man nærmede sig tem-plet startede en mekanisme i gulvet, der fik ild-en på altret til at blusse op. Den opvarmede luftudvidede sig og pressede vandet, der var i en be-holder under alteret, over i en spand. Da vandetkom over i spanden, blev den tungere og sank.Ved hjælp af et snoretræk åbnede tempeldøre-ne. Man kan ikke kalde det en dampmaskine,men det hører til de første forsøg med damp.

Herons dampkugle. For at danne damp tæn-der man op under en metalgryde fyldt medvand. Dampen ledes op til en kugle, der er for-synet med to bøjede rør. Når dampen strømmerud af disse rør vil kuglen snurre rundt. Heronbrugte kun sin dampkugle som legetøj. Menhan viste, at det var muligt at omsætte energi-en fra varme til bevægelse. Herons dampkugleminder dog mere om en dampturbine end omen dampmaskine.

“Kraften i hjertets muskler driver blodstrømmen, men

dampstrømmens kraft driver stemplet i cylinderen…”

dan kunne det lade sig gøre? Man harudnyttet den viden, at vand udvidersig når det varmes op og bliver tildamp.

Det var egypteren Heron, som stodbag denne automatiske døråbner. Her-on levede for ca. 2000 år siden og erblevet kaldt verdens første tekniker.Man kender hans efterladte skrifter ognotesbøger. Ud fra dem kan man se, athan var en mand med mange interes-ser, en livlig fantasi og stor humoristisksans. Men han kendes bedst for sindampkugle, der er blevet kaldt verdensførste dampmaskine.

Dampens kraft

4

Der skulle gå mange år, før man be-gyndte at bruge damp til maskiner. Detvar ikke fordi man havde glemt, hvor-dan dampen og damptrykket kunnebruges. Man havde bare ikke teknikkentil at bygge maskinerne. Først i slutnin-gen af 1600-tallet byggede man denførste maskine drevet af damp.Dengang var der store problemer medoversvømmelser i minerne. I en mine iEngland løste man problemet ved, at500 heste arbejdede med at drive et

Vand i minerne

Det var ikke kun heste man brugte til at drive etpumpeværk. Nogle gange var det mennesker,der gik i et trædehjul.

Ideen med Saverys maskine var, at man gjordebrug af det undertryk, der opstår når damp af-

køles og bliver til vand. På den måde kunneman suge vand op gennem et rør.

pumpeværk. Andre steder blev pumpe-værket holdt i gang af et vandhjul i etnærliggende vandløb. Der var derforbehov for en maskine, der kunne bru-ges som pumpe.

Mange teknikere arbejdede i langtid på at løse problemet med vand iminerne. Men der var mange vanske-ligheder, som skulle løses, inden enbrugbar maskine kunne tages i brug.Kampen for at løse problemerne medvand i minerne vil i de følgende afsnitblive beskrevet gennem de mænd, derarbejdede med sagen.

I 1698 fik Thomas Savery patent på sindamppumpe – han fik beskyttet sinidé, så ingen andre kunne tjene pengepå den. Det var Saverys tanke at gøreden til minearbejderens ven. Pumpenkom derfor til at hedde “a miners friend”.

Det fortælles, at Savery fik ideen tildamppumpen ved et tilfælde. I en krokastede han en næsten tom vinflaskeind i den åbne ild. På grund af op-varmningen begyndte den sidste vin iflasken at fordampe. Da Savery så“dampen” sive ud af flaskehalsen, fikhan lyst til at undersøge, hvad der villeske, hvis dampen ikke kunne slippe udigen ved afkøling. Han tog derfor denvarme flaske ud af ilden og stak denshals ned i en balje med vand. Til sinoverraskelse så han, at vandet underflaskens afkøling trængte op gennemhalsen og næsten fyldte flasken.

I de følgende år forbedrede handamppumpen meget. Men den komaldrig rigtig i brug. Ikke nok med atforbruget af brændsel var stort, så ar-bejdede den også ved for højt tryk. Dethøje tryk var nødvendigt for at sugevandet op igennem røret i minen. Pro-blemet var bare, at man i slutningen af1600-tallet ikke var i stand til at lavekedler, der kunne holde til det højetryk. Der skete derfor mange ulykkerved brugen af Saverys damppumpe.

5

Problemet løses

Trods Saverys forsøg på at lave enbrugbar dampmaskine, var det ThomasNewcomen, der blev den første. Efter10 års arbejde havde Newcomen i 1710bygget en maskine, som kunne pumpevandet op fra minerne.

Newcomen var også englænder ogarbejdede for forskellige mineselskaber.Han kendte altså problemet med vandi minerne, hvilke fik ham til at udviklesin maskine. Selvom Newcomens ma-skine virkede på en helt anden mådeend Saverys, var de nødt til at samar-bejde. Savery havde nemlig eneret påalle maskiner, som “udnyttede ildenskraft”.

En dag opdagede Newcomen, athans maskine arbejdede hurtigere endnormalt. Straks gik han i gang med atundersøge den. Han opdagede, at derkom vand ind i den, fordi cylinderenvar utæt. Normalt hældte man vandover cylinderen for at afkøle den, sådampen inde i blev til vand. Fejlen vi-ste, at maskinen arbejdede hurtigere,når vandet blev sprøjtet direkte ind icylinderen. Newcomen havde ved ettilfælde opdaget en ny teknik, der gjor-de dampmaskinen bedre. Den teknikkalder vi en indsprøjtnings-kondensa-tor, fordi damp ved afkøling kondense-rer eller fortættes til vand.

Til at begynde med virkede ind-sprøjtnings-kondensatoren ved, at derblev åbnet og lukket for vandet. Dreng-en Humphrey Potter arbejdede med atåbne og lukke vandhanerne, men hanvar ikke særligt glad for sit arbejde. Hanville hellere lege med sine venner. For

ikke at sidde og passe vandhanerne,fandt han ud af at forbinde en vippes-tang til hanerne. Ved et smart systemfandt Potter ud af at bruge vippestan-gens op- og nedadgående bevægelse tilat åbne og lukke for vandet. Dette sy-stem virkede så godt, at det blev indførtpå alle Newcomens maskiner og Potterblev arbejdsløs.

Newcomens dampmaskine var nublevet meget mere effektiv. Men detvar fortsat et problem, at den brugtefor meget kul. Forbruget af kul var el-lers blevet mindre i Newcomens ma-skine sammenlignet med Saverys ma-skiner. Dog var behovet for kul stadigutrolig stort i forhold til det arbejde,der kom ud af det. Kun 1% af kulletblev brugt til at pumpe vand op – re-sten gik til spilde som varme. Det varderfor kun ved kulminerne, at damp-maskinen blev sat op, da der her var ri-geligt med kul. Den var dyr i drift,men også en god erstatning for mangehestes og mænds muskelkrafter.

Behovet for maskiner, der kunnegøre minerne uafhængig af vejret, varstort. Det er et problem, at vindenblæser som den vil og ikke når der erbrug for det. At der kommer is påvandet om vinteren, kunne man hellerikke gøre noget ved. Løsningen varaltså en maskine, der ikke var afhæn-gig af vejret. Newcomens maskine var idet lange løb ikke god nok på grund afdet store forbrug af kul. Alligevel skulleder gå 60 år før endnu en englænder,James Watt, løste problemerne medkulforbruget.

På Newcomens maskine var der en vippebommed en kæde i hver ende. Den ene kæde varforbundet med en pumpestang, som gik ned iminen. Den anden med et stempel, der sad i encylinder. I en kedel med kogende vand blevdampen dannet, og derfra ledt ind i cylinderen,hvor den pressede stemplet op. I de første ma-skiner blev dampen afkølet ved, at cylinderenblev overrislet med vand. I de senere maskinerblev vandet sprøjtet direkte ind i beholderen.

Dampmaskine ved en engelsk kulmine.

6

James Watt

James Watt var ikke opfinder som Sa-very og Newcomen. Watt var mere endygtig håndværker, der var god til atløse problemer. Når han blev sat til atreparere noget, undersøgte han førstmeget omhyggeligt, hvordan det varsat sammen. På den måde fandt hanløsningen på mange problemer.

Watt var instrumentmager og ansatved universitetet i Glasgow. Her skullehan sætte tekniske instrumenter istand. Men han reparerede også legetøjog musikinstrumenter. I 1763 modtoghan en pakke fra en kollega i London.Det var en model af en Newcomendampmaskine, der var blevet sendt tilreparation i London. Resultatet varikke godt, og Watt fik til opgave at re-parere den. Da han var færdig med atreparere modellen, sagde han: “Verdenvil se anderledes ud, når denne maski-ne bliver forbedret.”

Han kunne ikke lade være med attænke på, hvordan dampmaskinenkunne gøres bedre. Maskinens størsteproblem, var som nævnt forbruget afkul. Watt tænkte i flere år over, hvor-dan han kunne løse dette problem. Ensøndag aften i 1765 var han ude at gåen tur, da løsningen pludselig kom tilham. Han tænkte: “Hvis man i forbin-delse med cylinderen skaber et luft-tomt rum, så vil dampen strømme indi rummet efter brug og fortættes, udenat cylinderen afkøles.” Det var starten

på Watts nye opfindelse til dampma-skinen – kondensatoren. Han gikstraks i gang med at bygge en modelmed kondensator og tilføjede samtidigflere forbedringer til Newcomens ma-skine.

Udregninger viste, at forbedringer-ne havde gjort dampmaskinen 5 gangemere effektiv, end de maskiner mankendte.

Det er ikke svært at forestille sig, atdisse forbedringer kostede mange pen-ge. Heldigvis tilbød storfabrikant Roe-buck at betale udgifterne til et patentpå den nye dampmaskine. Han villeselvfølgelig ikke gøre det gratis. Sombetaling ville han have en tredjedel afde penge, som maskinen blev solgt for.Watt tog straks imod tilbuddet, og den25. april 1769 blev der givet patent påhans opfindelser. Han fik eneret til atbenytte sine forbedringer af dampma-skinen. Samtidig var han den eneste,der måtte sælge maskinerne.

Nu skulle Watt i gang med at byggesine maskiner. Det gik desværre ikkesærlig godt. Den første maskine var enstor fiasko. De smede, der skulle lavecylinderen var ikke dygtige nok. Detvar meget svært at få cylinderen rundog samtidig sørge for, at dampen ikkekunne komme ud gennem små revneri cylinderens væg. Og ikke nok meddet, så gik Roebuck fallit og der varikke flere penge.

James Watt.

Watts arbejdsværelse og værksted.

7

Watts arbejde med dampmaskinen gikhelt i stå, og han måtte skuffet tage an-det arbejde. I et brev til en ven skrevhan: “Jeg bliver snart 35 år, og jeg harendnu ikke gjort for 35 øre gavn i ver-den.” Men han tog fejl. Han havde al-lerede lavet så store forbedringer afdampmaskinen, at håndværkerne ikkekunne følge med.

Da det så værst ud, blev Watt igenreddet af en rig fabrikant. Han hedMatthew Boulton, og ejede blandt an-det et jernstøberi, som viste sig at væreen stor hjælp, da dampmaskinerneskulle bygges. Boulton sørgede for, atWatts patent blev forlænget i 25 år.Med hjælp fra Boultons dygtige smedelykkedes det at bygge en maskine, dervirkede perfekt. Forbruget af kul blevhalveret, hvilket havde stor betydningfor mineejerne. Dampmaskinen blevhurtig en succes i hele England og korttid efter også i resten af Europa. Mangefabrikanter og mineejere stod i kø forat købe denne fantastiske maskine,som blev solgt til en fornuftig pris.Køberne skulle “bare” betale en tredje-del af de penge, som de sparede på kul.Det viste sig, at Boulton og Watt havdeværet smarte at sælge maskinen tildenne pris. Mineejerne sparede mangepenge.

Mens salget af dampmaskiner steg,arbejdede Watt videre med nye forbed-ringer. Det blev til en dobbeltvirkendedampmaskine. Maskinen fungeredeved, at dampen først pressede stempletned, som i den enkeltvirkende damp-maskine. Derefter pressede dampenstemplet op, hvilke gav den navnetdobbeltvirkende.

Inden længe arbejdede tusinder afdampmaskiner i alle lande, og dam-pens tidsalder var begyndt. Udviklin-gen gik stærkt og industrialiseringenbegyndte. Hvad industrialiseringen gikud på, vil det næste afsnit fortælle.

KONDENSATOREn kondensator er det samme som enafkøler. I kondensatoren på Wattsdampmaskine blev koldt vand brugtsom afkøler. En luftpumpe sørgede forat holde kondensatoren fri for luft. Påden måde kunne cylinderen blive vedmed at være varm, og der gik ikke enmasse damp til spilde, når cylinderenigen skulle varmes op ved næste stem-pelslag.

HESTEKRÆFTER

Da Watt og Boulton skulle sælge dampmaskinen, stod de over for et problem. Hvordanskulle de forklare mineejerne, hvor meget de kunne spare ved at købe en dampmaski-ne? Mineejerne ville naturligvis vide dette, så de kunne finde ud af, om det kunne be-tale sig at købe en dampmaskine.

Watt indførte “hestekraften” for at overbevise sine kunder om, hvor nyttige og billigedampmaskinen var. Han fandt ved forsøg ud af, at en stærk hest kunne løfte 75 kilo enmeter i sekundet – eller 60 meter i minuttet.

Når en dampmaskine kunne løfte 10 gange så meget svarede det til ti hestes kraft. Påden måde kunne mineejerne sammenligne prisen på kul med den pris som det koste-de at holde ti heste. Mineejerne fandt som regel ud af, at det bedre kunne betale sigmed en dampmaskine.

Man har senere fundet ud af, at det var en meget stærk hest som Watt havde brugt tilsit hesteforsøg. Men forklaringen på hestekræfter er stadig den samme.

Den enkeltvirkende dampmaskine.Watt fandt på adskillige forbedringer. I den nyemaskine blev dampen ledt ind i cylinderen overstemplet. Stemplet blev presset ned af dampen istedet for op. Stemplet gik derpå til vejrs pågrund af vippestangens vægt. En anden forbed-ring var, at Watt isolerede cylinderen. På denmåde forsvandt der ikke varme ud gennem cy-linderens vægge. Det blev til verdens første en-keltvirkende dampmaskine med kondensator.

8

Industrialiseringen ændrede livet foralle. Før dampmaskinen kom til Dan-mark boede ca. 80% af befolkningenpå landet og var selvforsynende. Detvil sige, at de selv lavede deres tøj,værktøj og mad. De havde ikke behovfor at købe varer hos andre, som vikender det i dag.

I byerne fandtes der håndværkereaf forskellig slags, men også bagere ogslagtere, som kunne forsyne byboernemed mad. Der var kun lidt industri.Den lå i København eller i de byer,hvor man kunne udnytte vand- ogvindkraft.

I løbet af 1800-tallet ændrede dettesig. Watts opfindelse kunne bruges tilmeget andet end at pumpe vand op afminerne. I England var man alleredebegyndt at bruge dampkraft på fabrik-kerne. Det betød, at der kunne frem-stilles flere varer end tidligere, hvilketfik priserne til at falde. Herved fik fleremennesker råd til at købe varerne, ogen stor udvikling blev sat i gang. Dengamle “naturlige” fordeling af arbejdetmellem land og by ændrede sig lang-somt.

I byerne voksede fabrikkerne frem,og der blev hurtigt brug for ny arbejds-kraft. Samtidig mente mange på land-et, at de kunne få et bedre liv i byerne.Der skete en vandring fra land til by. Ibyen arbejdede mændene på fabrikker.Men også kvinder og børn begyndte at

Industrialiseringen

arbejde på fabrik. Før i tiden havdekvinden gået hjemme på gården ogpasset børnene, sørget for tøj og mad.Dette var ikke længere nødvendigt. Nuskulle hun tjene penge, så familienkunne købe tøj og mad.

Den industrielle udvikling begynd-te i England, som for 200 år siden blevkaldt “Europas værksted”. Derfra bred-te udviklingen sig og den første damp-maskine kom til Danmark i 1805. Menførst fra midten af 1800-tallet begynd-te fabrikkerne herhjemme for alvor atbruge dampkraft, og vandringen fraland til by satte ind.

Dampmaskinerne var endnu dyreat købe. Derfor var det kun de store fa-brikker, som havde råd til mekanisk ar-bejdskraft. I slutningen af 1800-talletkom forskellige typer af benzin-moto-rer frem, som var billigere. Det blevdermed også muligt for mindre fabrik-ker at få mekanisk arbejdskraft.

Da 1. verdenskrig brød ud i 1914,var befolkningstallet i Danmark mereend fordoblet i forhold til tiden lige førindustrialiseringen. Og nu boede kun60% af befolkningen på landet. Degamle håndværk blev afløst af industri-en, som kunne fremstille varerne hur-tigere og billigere. Danmark var blevetet industrialiseret landbrugsland. Førstefter 2. verdenskrig blev Danmark etindustrisamfund.

Røgen fra fabrikkernes dampmaskiner var sym-bol på fremskridtet.

9

Den store vævesal i Rubens Dampvæveri. Alle remmene i loftet er forbundet med en stor dampmaskine. Når dampmaskinen er i gang får den remmene tilat køre rundt. På den måde kan alle vævemaskiner fungere på samme tid.

Man brugte også dampmaskiner på landet. Her ses en lokomobil, der er en dampmaskine, som mankan flytte rundt. Når dampmaskinen kunne flyttes var det ikke nødvendigt at alle gårde havde endampmaskine.

10

Det første dampskib i Danmark hed “Caledo-nia” og sejlede mellem København og Kiel.

Verdens største dampskib fra 1912, Titanic. Titanic’s kedler.

I takt med at industrien voksede frem iDanmark, steg behovet for transport.Når skibe blev udstyret med en damp-maskine, blev de hurtigere og mindreafhængige af vejret. Det første damp-skib kom til Danmark i 1819, men i1850 var der endnu ikke mange. Der-efter steg antallet dog hurtigt. Damp-maskinen var også skyld i, at jernba-nen dukkede op. I 1847 blev den førstejernbane anlagt mellem København ogRoskilde. I 1920 var jernbanenettet ud-bygget, så det bandt hele Danmarksammen. Hver egn havde sin jernbane.Jernbanen gjorde Danmark mindre.Men toget havde brug for at tanke kulog vand. Derfor blev der bygget mangenye stationer, hvor togene kunne tan-ke op. Langsomt voksede der en by opomkring stationen. På den måde ermange af de byer opstået, som i dagligger ved jernbanen.

Dampmaskinens kraft blev afløst afelektriciteten. Langsomt blev de storedampmaskiner skiftet ud med elek-tromotorer. Det betød, at der ikke læn-gere var brug for store fabrikshaller,hvor dampmaskinerne kunne stå. Detblev muligt at have mindre og billigerefabrikker med høj produktion.

Der findes dog stadig store damp-drevne maskiner som vi alle er megetafhængige af – de store kraftværkersturbiner bliver oftest drevet af damp.Disse dampturbiner fungerer på sam-me måde som Herons dampkugle,men er meget større. Gennem smååbninger ledes dampen ind i turbinenunder tryk, hvor der ligesom hos degammeldags vandmøller skabes en ro-terende bevægelse. Det er den roteren-de bevægelse i dampturbinen, som bli-ver til elektricitet.

Hvad sker der med vand, når det varmes op?

Hvordan udnyttes damp i en dampmaskine?

Forklar med dine egne ord, hvad der gjorde dampmaskinen til noget særligt?

Hvad førte til den industrielle revolution? Og hvad medførte den?

Kan du forestille dig, hvilke ting, der blev nemmere efter at dampmaskinenvar kommet frem?

Hvilken arbejdskraft brugte man før dampmaskinen? Hvad gør man nu omdage, hvor man ikke har dampmaskiner mere?

Prøv at forklare en klassekammerat, hvordan en dampmaskine virker.

Hvilken energikilde drev dampmaskinen?

Er der stadig nogle steder man benytter damp som drivkraft?

Opgaver

“Ethvert sted på togets vej kendes tidspunktet for togets ankomst. Man kan høresignalpipens lyd langt væk, når toget er i fart. Hvor veje for almindelige kørendeog gående krydser jernbanen, slår den opstillede vagt træbommen ned, og de godefolk må vente til toget har passeret. Langs jernbanen, lige så langt den strækkersig, er små huse rejst, så vagterne kan se hinandens flag. De har så tid til atholde jernbanen ren for sten eller kviste der ligger over skinnerne.”

H.C. Andersen