ماشینی که انقلاب به پا کرد

سخن از ماشین بخار است که سرمنشأ دگرگونی چهره‌ی دنیا شد. تا قبل از اختراع ماشین بخار در نیمه‌ی دوم قرن هجدهم میلادی، تنها منابعی از انرژی که انسان، غیر از انرژی ماهیچه‌ای خودش و ستوران، می‌توانست انرژی آنها را به کار مفید مورد نظر خودش تبدیل کند عبارت بودند از انرژی باد که در آسیاب‌های بادی برای چرخاندن چرخ آسیاب مورد استفاده قرار می‌گرفت و در کشتی‌های بادبانی برای حرکت کشتی استفاده می‌شد، و انرژی آب که در چرخ‌های آبی یا آسیاب‌های آبی مورد استفاده قرار می‌گرفت. به وسیله‌ی ماشین بخار، انسان قادر شد گرمای حاصل از سوختن مواد سوختی، که قبلاً عمدتاً بیشتر برای گرم کردن خودش مورد استفاده قرار می‌داد، را به انجام بسیاری از کارهای مورد نظر خودش وادارد. کارهای مورد نظرِ انسان عمدتاً فعالیت‌های مکانیکی حرکتی مثل چرخاندن چرخ‌های گاری حامل بار برای جابه‌جایی بار یا چرخاندن بسیاری از دستگاه‌های مکانیکی در کارگاه‌ها (مثلاً در صنایع نساجی) بود که عمدتاً یا توسط نیروی انسان یا حیوانات صورت می‌گرفت. مشاهده‌ی این که بخار آبی که بر اثر جوشیدن آب درون یک کتری واقع روی اجاقی شعله‌ور به وجود می‌آید بر اثر فرار خود قادر است درب کتری را با حرکت مکانیکی قابل توجهی کنار زند تا بتواند به بیرون راه پیدا کند کافی بود که مخترعی چون جیمز وات را برای ساخت وسیله‌ای که بتواند از این نیروی مکانیکی به نحو کنترل شده و مفیدی استفاده کند برانگیزد. چنین دستگاهی خیلی می‌توانست کارایی داشته باشد زیرا هم سوخت فسیلی فراوان و ارزانی وجود داشت و هم آب رایگان فراوانی در طبیعت موجود بود. چنین وسیله‌ای درواقع انرژی شیمیایی سوخت را با واسطه‌ی (بخار) آب به کار مورد نظر انسان تبدیل می‌کرد.
نخستین ماشین بخار قابل استفاده، در سال 1765 میلادی توسط مخترع فوق الذکر انگلیسی، جمیز وات، ساخته شد. کم‌کم ماشین‌های بخار زیادی برای استفاده‌های صنعتی مختلف ساخته شد و در قرن بعد، نیروی محرکه‌ی کارخانجات، عمدتاً ماشین‌های بخار بودند. در جاده‌ها و بر روی ریل‌های راه آهن و بر روی آب دریاها این ماشین‌های بخار بودند که نیروی محرکه‌ی اتوموبیل‌ها و قطارها و کشتی‌ها را تأمین می‌نمودند. در ماشین بخار، فشار بخاری که از جوشاندن آب حاصل می‌شود با هدایت متناوب به دو طرف یک پیستون واقع در یک سیلندر باعث حرکت رفت و برگشتی نسبتاً سریع و پرقدرت پیستون درون سیلندر می‌شود. این حرکت رفت و برگشتی از طریق دسته‌ای متصل به پیستون به بیرون از سیلندر هدایت می‌شود و می‌تواند در یک حرکت لنگ، چرخ یا چرخ‌هایی را به چرخش وادارد. با گسترش ماشین‌های بخار در اوان قرن نوزدهم، انقلاب صنعتی در اروپا شکل گرفت. از این پس به طور فزاینده‌ای نیروی ماشین بخار جایگزین نیروهای انسانی و حیوانی و حتی نیروهای باد و آب می‌شد. بعضاً این ماشین‌ها چنان کارهای عظیمی انجام می‌دادند که انجام آنها توسط دیگر منابع طبیعی انرژی آن زمان متصور نبود. این انقلابِ ماشین بخاری عملاً از صنعت نساجی انگلستان شروع شد و راه خود را به صنایع معدن و حمل و نقل باز کرد. هنگامی که استفاده از این ماشین‌ها باعث شد سوخت بیشتری از دل زمین استخراخ شود و خیلی راحت‌تر به مقصد حمل شود در واقع پیشرفت صنعتی حالتی بهمن‌وار پیدا کرد یعنی گسترش آن حالتی تصاعدی یافت. این امر، سطح زندگی و رفاه و ثروت مردم را ارتقاء داد.
حتی امروزه ماشین‌های بخار در صنعت، نقش تعیین کننده‌ای را بازی می‌کنند. البته شکل آنها دیگر عملاً به صورت گفته شده‌ی پیستون-سیلندری نیست بلکه در آنها فشار زیاد بخار عبوری از بین پره‌هایی زاویه دار باعث چرخش سریع و قوی محور متصل به این پره‌ها می‌گردد و به این ترتیب حرکت چرخشی پرسرعتی پدید می‌آید. به این نوع ماشین‌های بخار، توربین بخار گفنه می‌شود. از این توربین‌ها بیشتر در نیروگاه‌ها برای تولید برق از طریق ژنراتورها استفاده می‌شود. در واقع آب به دلیل ظرفیت گرمایی بالایش و نیز فراوانی و ارزانیش واسطه‌ی مناسبی برای تبدیل مناسب و مطلوب انرژی برای انسان بوده و هست. حتی می‌توان به جای استفاده از منابع سوخت فسیلی برای گرم کردن آب برای استفاده از بخار جوش آن برای به حرکت درآوردن توربین‌ها، از منابع تشعشعی انرژی هسته‌ای استفاده کرد. ممکن است منابع دیگری از انرژی، مثل تابش خورشید یا گرمای درون زمین، نیز مورد استفاده قرار گیرند اما به نظر می‌رسد همواره واسطه‌ی آب بهترین گزینه برای تبدیل انرژی پتانسیل آن منابع به کار مورد نیاز انسان (عموماً از طریق ایجاد برق) می‌باشد. ماشین‌ها یا توربین‌های بخار در صنعت و علم به عنوان ماشین‌های برون‌سوز شناخته می‌شوند. این عبارت در مقابل عبارت ماشین‌های درون‌سوز که متعاقب ماشین‌های بخار تولید شده و گسترش یافتند وضع شد. هم‌چنان که توضیح داده شد انجام عمل سوختن سوخت یا تولید انرژی گرمایی در بیرون از ماشین یا توربین بخار صورت می‌گیرد و گرمای ناشی از آن به آب داده می‌شود و سپس بخار ایجاد شده به داخل ماشین یا توربین بخار هدایت می‌شود. این در حالی است که در ماشین‌های درون‌سوز، مثل موتورهای بنزینی یا گازوئیلی، عملیات احتراق و سوختن سوخت و آزاد شدن انرژی پتانسیل شیمیایی سوخت در درون خود ماشین صورت می‌گیرد و این انرژیِ آزاد شده، از طریق سیستم پیستون-سیلندری یا از طریق سیستم توربینی، معمولاً به حرکت چرخشی تبدیل می‌شود.