Industrisamfunnet – energi, teknologi og samfunnsutvikling

Presentasjon om: "Industrisamfunnet – energi, teknologi og samfunnsutvikling"— Utskrift av presentasjonen:

1 Industrisamfunnet – energi, teknologi og samfunnsutvikling
NSM for tospråklige lærere Industrisamfunnet – energi, teknologi og samfunnsutvikling

2 Industrisamfunnet? industri´ m1 (gj fr fra lat. industria 'virksomhet') næringsvirksomhet som består i å bearbeide råstoff, særlig om fabrikkframstilling av varer

3 Teknologi Bokmålsordboka 1997
Læren om og studiet av praktiske fremgangsmåter i håndverk og industri; bearbeiding av råvarer Bruk av vitenskapelige resultater for å oppnå bestemte mål. Encyclopædia Britannica 2000 …the application of scientific knowledge to the practical aims of human life, …, to change and manipulation of the human environment. L97: Det arbeidende menneske Teknologi er framgangsmåter menneskene har utviklet for å nå sine mål, arbeide lettere og samarbeide bedre.

4 Meninger om teknologi Teknologi er anvendt naturvitenskap
Behov i samfunnet fører til teknologiske framskritt Teknologiske framskritt kommer av oppfinnerens lyse ideer Teknologiske gjennombrudd skjer der det er gunstig samspill mellom samfunnsskapte ønsker og behov, dyktige og fantasifulle håndverkere og ingeniører og relativt sikre økonomiske kår.

5 Energi Hva er energi? Energi er det som får ting til å skje
Ulike kilder til å skaffe energi: Organisk brennstoff Atomspalting Rennende vann

6 Ulike maskiner for å omforme energi
DAMPMASKIN

7 ”The Rocket” av George Stephenson. Forløper for alle senere damplokomotiver. The Rocket is considered by many to be the forerunner of all the later generations of steam locomotives. It was designed and built by George Stephenson with the help of Henry Booth and his son, Robert, for the 1829 Rainhill Trials. The Trials were held by the Liverpool and Manchester Railway to find the best locomotive engine for their railway line that would serve the two northern English cities. On that day, some 15,000 people came along to see the race of the locomotives. During the race, the Rocket reached speeds of 24mph during the 20 laps of the course. This was due to several new design features. It was the first locomotive to have a multi-tube boiler with 25 copper tubes rather than a single flue or twin flue. Plus, the blast pipe increased the draught to the fire by concentrating exhaust steam at the base of the chimney. This all meant that the boiler generated more power (steam), so the Rocket was able to go faster and thus secure its place in history. The Rocket can be found at the Science Museum in London.

8 Vannkraft

9 Kvernkallen er den enkleste måten å utnytte energien i elva.
Skovler er festet nederst på en vertikal aksel. På samme akselen er den øverste av de to kvernsteinene festet. Kvernsteinen og kvernkallen roterer altså samtidig. Den underste kvernsteinen lå fast på gulvet i kvernhuset. Kvernhuset måtte ligge helt ute i fossen og ha hull i gulvet for akselen. Vannet fra elva føres i stor fart i en bratt renne inn mot kvernkallen. Bevegelsesenergien i vannet overføres til bevegelsesenergien i kvernkallsystemet. Hva er galt i figuren over? For at kvernkallen skal gå rundt må skovlene være skråstilt, ikke helt vertikale! Se neste figur.

10 Kvernkall med skråstilte blader

11 Vannhjul: Overfallshjul var vanligst i Akerselva. Vannet kommer inn fra oversiden, som oftest ved hjelp av en trerenne. Dette vannhjulet kan utnytte både bevegelsesenergien og stillingsenergien til vannet, siden vannet har fall. Sto midt i fossen eller med tilførsel fra vannrenne (dreier med elva) Strømhjul bruker bare bevegelsesenergien til vannet. Vi må ha en stor elv/flod. Stor vannføring, lite fall Underfallshjul: vannet kommer halveis opp på hjulet - mye mindre effektivt enn overfallshjul. De to siste dreier mot elva. For å få til energioverføringer trengtes akslinger og tannhjul Blant Akerselvens industri går ordene ”Stampe” og ”Mølle” igjen. Stampe: er en mekanisk innretning med ”føtter” som går opp og ned(i stedet for rundt og rundt) (barkestampe, kledesstampe) Mølle: en bedrift som fikk noe til å gå rundt ble kalt en mølle (papirmølle)

12 A01 E NSM 03/04 Francesturbin i ”tromma” bak. Vann inn fra høyre. Ledehjul og løpehjul. Aksling ut foran. Vannet løper langs akslingen. Alt vannet ledes gjennom turbinen - gir relativt høy virkningsgrad! Ledet vannet inn med høyt trykk gjennom rør fra fossen. En forutsetning å bruke stål til dette, treverk ville ikke holdt.

13 Løpehjul fra turbin.

14 Vemork ved Rjukan. Rørene som leder vannet inn mot turbinene bak.

15 Vannkraftverk. Den gule er generatoren, den grønne turbinen.

16 Turbinen står på tvers i bunnen av kfaftverket, magnetiseringsgeneratoren er den røde på toppen.

17 NSM Jernframstilling

18 Masovn fra norsk jernverk

19 Før 1709 brukte man trekull for å produsere jern. Kull var billig, men ikke bra nok fordi det inneholdt svovel som gjorde jernet for sprøtt til å kunne brukes. I 1709 klarte Abraham Darby å smelte bra jern ved å bruke koks som brennstoff. Koks er viderebehandlet kull som er brent for å fjerne urenhetene som gasser og etterlate rent karbon. Koksen ga høyere temperatur og jernet ble mer tyntflytende, slik at man kunne støpe mindre og finere gjenstander enn før. Dette ga suksess til jernproduksjonen, og var med som en faktor som ledet til den Industrielle revolusjonen. Senere klarte man å regulere ovnene etter kullkvaliteten, slik at all slags kull kunne brukes. Terms used on the animation: Cams - rotating pieces of machinery (made of wood in this case), which help translate rotary motion to linear motion. The cams rotate, and spokes push the bellows down in a linear motion. Coke - coal that has been heated to burn off oils (impurities) to leave carbon. Crucible - a container at the bottom of an iron furnace, where molten metal collects. It is made of a substance that can resist the great heat required for melting metals. Iron ore - compounds of iron and oxygen. Pig iron - a crude form of iron, which still contains some impurities - such as sulphur and carbon - despite the smelting process. Pig bed - a sand bed into which molten iron is poured, after the smelting process. Slag - the waste product made up of kalkstein and silica (impurities in the iron ore), ash, and oxides. It is a mixture that is lighter than the molten iron, so it forms a layer above it. Tuyere (pipe) - the nozzle through which an air blast is delivered into the furnace.

20 Coalbrookdale I løpet av 40 år ble landsbyen Coalbrookdale i Shropshire der dette startet et viktig produksjonssted. Den første jernbrua ble bygget over River Severn i Coalbrookdale I 1722 støpte Adam Darby II store sylindre til de første dampmaskinene. ( I 1763 klarte man å støpe sylindre som var 1,8m i diameter, 3 meter lange og veide 7 tonn). 1784: Pudlingsprosessen. Henry Cort. Fram til ca Forbedret det jernet som var utsmeltet med koks. Flere hundre kilo råjern smeltes i en flat ovn. Det fyres med koks på den ene siden, men koksen er ikke i kontakt med jernet. Flammene og luften blåses imidlertid inn over jernet. Urenhetene havner i en slaggmasse på toppen, og noe av det forsvinner ut som karbondioksidgass. Pudlerne rørte i jernet med lange stenger for å holde prosessen i gang. Til slutt ble jernet til en seig masse som ble tatt ut klumpvis ved hjelp av en brekkstang. De rødglødende klumpene kunne så smis til plater, bjelker el.l. Smijern. After 1709, Coalbrookdale saw other achievements, such as the first cast-iron bridge - built over the River Severn - and the first cast-iron framed building - built in Shrewsbury.

21 Elver ble brukt til transport av jernet.
Her: Bridgewater-kanalen i Manchester. Grunnlagt av The Duke of Bridgewater.

22 Port til en 4,5 km lang tunnell gjennom The Pennines!
Båtene ble dratt av folk som lå på taket av båtene og dro dem fram med bare nevene. Kanalen ble laget av Englands motstykke til Rallarne.

23 Bessemer konverter fra 1857.
Henry Bessemer hadde under Krimkrigen konstruert et prosjektil som de eksisterende støpejernskanonene ikke kunne avfyre uten å revne. På den tiden gikk det ikke an å skaffe nok stål til å lage kanoner av stål. Dette ville han gjøre noe med. Reduserer karboninnholdet i stålet. Luft blåses inn nedenfra og reagerer med karbonet, slik at karbondioksid kommer ut. Økt oksygeninnhold i prosessen ga høyere temperaturer, og forbrandt også silisium. Det trengtes ikke annet brensel enn det som var innbakt i råjernet. Prosessen ga økt produktivitet, - og prisene falt. Imidlertid viste det seg at denne metoden ikke fjernet fosforet som også gjør stål skjørt, og fosforfattig malm måtte importeres fra Sverige og Spania. 1878: Sidney G. Thomas videreutviklet metoden ved å kle veggene inne i beholderen med et basisk materiale (kalk) som binder fosforet til et slaggstoff som kunne fjernes. Den nye metoden ble brukt i mange år, men nå er det enda mer sofistikerte metoder som brukes. Råjern (4-6% kull) Kan ikke smis, hamres, presses Støpejern (2-4% kull) sprøtt, men kan støpes Smijern(stål) (<2% kull) kan smis, valses, hamres, presses. (Smijern fra pudlingsovn, stål fra bessemerkonverter)

24 Jern og kvalitet

25 En Masovn fra Essen. Foran: grabber til å hente kull med.

26 Amerikansk stålverk av i dag.

27 NSM 03/04 Dampmaskiner

28 A Real Newcomen Engine from 1760
The following photographs are of the oldest surviving Newcomen engine. This engine, known as 'Fairbottom Bobs', was used to drain water from the Cannel coal pits close to the River Medlock, about half a mile from Park Bridge, Ashton under Lyne, in England. The name arose from the bobbing motion of the wooden beam. The engine was used until 1834. The structure known as Fairbottom Bobs was, in fact, a Newcomen atmospheric engine - a very early steam engine. It was built here, in an area known as Fairbottom, possibly around 1760, to pump water out of the Cannel coal pits, which were about 200 feet deep. The name arose from the bobbing motion of the wooden beam. The water was pumped along a wooden trough to top up the level of the Fairbottom Branch Canal, 200 metres away at Fenny Fields Bridge.

29 Newcomen: the boiler sits directly below the cylinder
Newcomen: the boiler sits directly below the cylinder. Steam is first admitted from the boiler to the cylinder. When the piston reaches the top, water is sprayed into the cylinder to cool the steam and hence form a vacuum. The piston is sucked down into the cylinder by the weight of the air on top of it and the cycle is started again. James Watt made an improvement which was to improve the efficiency of the machine. Ny sylinder utenpå maskinen - en kondensator, gjorde at hovedsylinderen ikke ble avkjølt for mye, slik den ble med Newcomen's maskin når vannet som som ble sprøytet inn i sylinderen for å kondensere dampen også kjølte ned sylinderen. Efficiency of subsequent strokes was hence reduced. I Watts maskin blir damp fra hovedsylinderen sugd inn i kondensatorsylinderen der den kondenseres til vann slik at det dannes et vakum i hovedsylinderen. (vanndamp tar større plass enn vann.) The other problem with Newcomen's engine was the quality of the main cylinder. Being cast, the inner surface was rough so it was difficult to obtain a good piston-to-cylinder seal. Watt used bored cylinders (a technique used to make cannon barrels) which sealed better and so produced better vacuums.

30 The Cornish Beam Engine (1834) ble opprinnelig utviklet for å pumpe ut overflomsvann fra de dype gruvene i Cornwall. Allerede i kom Thomas Newcomens dampdrevne vannpumpe som fulgte omtrent samme prinsipp, men litt enklere. Opp-og-ned bevegelsen til stempelet i sylinderen overføres av vektstangen til stempelet i vannpumpen. Stempelet i dampsylinderen går ned under trykket fra dampen og ulikhetene i atmosfærisk trykk som dannes av et delvis vakum under. Vektstangen drar opp vannpumpestempelet, bevegelsen er drevet at sylinderstempelet. Ved slutten av nedoverslaget frigjøres damptrykket og dampsylinderstempelet går tilbake til utgangsstillingen fordi det dras tilbake opp gjennom sylinderen av vekten fra pumpestengene på den andre siden av vektstangen. The Kew Bridge Steam Museum in London has the largest working Cornish Steam Engine in the World. It was actually built for the site to pump water to West London and started work on the 30th May It was only taken out of service in a working life of just less than a century. The massive engine was constructed for the Grand Junction Water Works company and is able to pump 472 gallons in just a single stroke. The beam, which is made from cast iron, weighs a staggering 35 tons. The engine was transported from Cornwall to London by ship, before being loaded onto a barge for the journey up the Thames River. There are smaller beam engines such as one from Boulton and Watt that can be seen at the Kew Museum. The engine was built around the time of Watt's death in 1819 and it was moved to the site in James Watt's inventions meant that the steam engine became much more economical to use and thus he helped to set in motion the Industrial Revolution.

31 Modell av James Watts’ dampmaskin. In 1763 Watt was sent a Newcomen steam engine to repair.Han brukte noen måneder på å effektivisere maskinen, samtidig som han reparerte den.. Han laget til slutt en dampmaskin som kjølte den brukte dampen i en kondensator som var separat fra hovedsylinderen. Samarbeidet med John Roebuck først, siden med Matthew Boulton. For the next eleven years Boulton's factory producing and selling Watt's steam- engines. These machines were mainly sold to colliery owners who used them to pump water from their mines. Watt's machine was very popular because it was four times more powerful than those that had been based on the Thomas Newcomen design en dampmaskin med roterende bevegelse i stedet for stempel-opp-og- ned-bevegelsen. Eksentrisk på hjulet! Den nye typen kunne brukes til mange typer maskiner, for eksempel i tekstilindustrien. - by 1800 there were over of Watt's machines in Britain's mines and factories In 1755 Watt had been granted a patent by Parliament- ga ham monopol You can see that the slide valve is in charge of letting the high-pressure steam into either side of the cylinder. The control rod for the valve is usually hooked into a linkage attached to the cross-head, so that the motion of the cross-head slides the valve as well. (On a steam locomotive, this linkage also allows the engineer to put the train into reverse.) You can see in this diagram that the exhaust steam simply vents out into the air. This fact explains two things about steam locomotives: - It explains why they have to take on water at the station -- the water is constantly being lost through the steam exhaust It explains where the "choo-choo" sound comes from. When the valve opens the cylinder to release its steam exhaust, the steam escapes under a great deal of pressure and makes a "choo!" sound as it exits. When the train is first starting, the piston is moving very slowly, but then as the train starts rolling the piston gains speed. The effect of this is the "Choo..... choo.... choo... choo choo-choo-choo" that we hear when it starts moving.

32 Dampmaskin: stempelbevegelsen driver hjulet rundt
Dampmaskin: stempelbevegelsen driver hjulet rundt. Overgangen mellom stempel og hjulet er stilt eksentrisk for å dytte hjulet rundt. On a steam locomotive, the cross-head normally links to a drive rod, and from there to coupling rods that drive the locomotive's wheels.

33 Sen modell av dampmaskin der alt er innkapslet

34 Små dampmaskiner til bruk separat ved enkeltmaskiner.
Bakerst: en svær dampmaskin.

35 NSM Tekstilproduksjon

36 1733. Første forbedring: flyvende skyttel - brett under veven, skyttel med hjul som gikk dobbelt så fort som før. Lite populært! ”Spinning Jenny”: av veveren James Hargreaves.Kunne brukes hjemme, var halvautomatisk. En person kunne gjøre arbeidet til 3-4, men tråden ble grov og kunne ikke konkurrere med håndspunnet tråd. Spinning mills used 'line shafting', which is the means by which the power of the steam engine is transmitted along rotating shafts (rods) to spinning or weaving mills. This animation depicts a spinning mill like that found at Quarry Bank museum in Cheshire. It shows a furnace powering a flywheel, which is there to smooth out the otherwise jerky rotation of the crank. In spinning mills, which could be multi-storey, there are large numbers of ropes coming off the flywheel. These 'rope races' convey power to the mill's different floors

37 Bomullsplante

38 Kardeprosessen: bomullen rives opp og trekkes sammen til en tråd
Kardeprosessen: bomullen rives opp og trekkes sammen til en tråd. Fikk parallelle fibre. ”Carded sliver”

39 Drawframe sliver: fibrene henger litt bedre sammen

40 Slubbing - tynnere tråd som henger sammen - forsiktig - ellers ryker det!

41 Roving: tråd som er sterk nok til å spinnes - spinnemaskiner drar tråden ut. The mule.

42 Spinnemaskin

43 Etterspinning. Vevstol bak for å veve calico, grovt bomullsstoff.

44 Moderne vevstol (grønn). Skyttel som må tres
Moderne vevstol (grønn). Skyttel som må tres. Blått tøy - blåfargene var ikke så eksklusive mer (akvamarin med mer) Indigo var veldig kostbart.

45 Jaquardvev. Vevstol av tre, hullkortsystem.
For- og bakside.

46 Utvikling av produktiviteten
Produksjon av garn pr. arbeidstime: Spinnerokk gram ”Spinning Jenny” (16 spoler) 24 gram ”Waterframe” 34 gram ”The Mule” (216 spoler) 420 gram

47 NSM Brokonstruksjoner

48 Ponte Fabricio Ponte Fabricio was built in 62 b.C. by L.Fabricius curator viarum (as it is inscribed on both sides of the bridge). This is the oldest Roman bridge to have survived in the city, and still in use for pedestrians.

49 Ponte Cisto (Cestio) It was probably built in 46 b.C. by L.Cestius en-charged by Caesar together with other five personalities to govern Rome in time of his absence. Unfortunately to make the bridge longer because of enlargement of the distance from Isola Tiberina to the main land, two side arches of the bridge were destroyed and substituted with the two longer ones that were built using the original stones. Ponte Cestio is 83m long and 8m wide. vv

50 Steinbro ved Kylling over Rauma-elven. Måtte ha steinbro til jernbanen.
Merk romersk innflytelse!

51 Fagverksbro, Ironbridge i Coalbrookdale
Den første jernbrua som ble bygget - over River Severn i Coalbrookdale. Samme form som Ponte Fabricio! Bygget i Designet av Thomas Pritchard på initiativ fra Adam Darby III (som støpte alle jernelementene i sitt jernverk). Broen er i ett spenn og består av 5 parallelle buer med ca 2m mellomrom.

52 Fagverksbro med superstrukturen over

53 Golden Gate-broen under bygging. Mastene først!

54 Tacoma narrows 1940: kom i svingninger i sterk vind
Tacoma narrows 1940: kom i svingninger i sterk vind. Ikke stabilisert mot egensvingninger.

55 Firth of Forth bridge - Vital Statistics: Location: South Queensferry and North Queensferry, Scotland Completion Date: Cost: $15 million Length: 8,276 feet Type: Cantilever Purpose: Railway Materials: Steel Longest Single Span: 350 feet (center span) Engineer(s): Benjamin Baker, John Fowler 100m til toppen av tårnet, tonn stål. In the late 1800s, a railway bridge across Scotland's Firth of Tay swayed and collapsed in the wind. Seventy-five passengers and crew on a passing night train died in the crash. It was the worst bridge disaster in history. So when engineers proposed bridging the even wider Firth of Forth, the Scottish public demanded a structure that looked like it could never fall down. They got it. Chief engineers Sir John Fowler and Benjamin Baker came up with the perfect structural solution: a cantilever bridge (cantilever: at konstruksjonen bare er støttet på en side, som et stupebrett). The Firth of Forth Bridge is made of a pair of cantilever arms, or beams "sticking out" from two main towers. The beams are supported by diagonal steel tubes projecting from the top and bottom of the towers. These well-secured spans actually support the central span. This design makes the Firth of Forth Bridge one of the strongest -- and most expensive -- ever built. But not everyone liked the design. The poet and artist William Morris declared it "the supremest specimen of all ugliness." Ugly or not, the Firth of Forth is a safe bridge. Even today, the highest winds barely shake this enormous structure. This is exactly what the people of Scotland needed after the Tay Bridge disaster. Unfortunately, a cantilever of this size comes with a hefty price tag. This is why very few like it have ever been built again.

56 Manchester - diverse broer i stein og stål.

57 Bentsebrua, norsk fagverksbro.
Støtten er best ytterst - størst belastning.

58 NSM 03/04 Energibegrepet

59 Energi

60 Hva er energi? Energi er det som får ting til å skje
Definisjon fra M87. Energi er et vagt begrep! Før (mer presist) definert som ”evne til å utføre arbeid”. Brukes imidlertid i sammenheng med mekanisk arbeid, varmeenergi, mat, kjemisk energi osv. Energi kan ikke observeres direkte. Hva er det med vannet i Maridalsvannet som gjør at det kan drive fabrikker langs akerselva? EI Maridalsvannet er energien til vannet der som potensiell energi - en energi som har mulighet i seg til å få ting til å skje.

61 Hva er forskjellen på energi og kraft?
Kraftbegrepet i fysikken: brukes for å forklare hvorfor bevegelse kommer i gang eller stopper. Krefter virker mellom to gjenstander (eks. hammer-spiker) Men vi snakker om vannkraft, kraftverk, kraftoverføring... Men nå er det ikke lenger remmer som mekanisk dra r maskinene rundt. Det er ikke snakk om noen kraftoverføring. De elektriske ledningene står for en energioverføring.

62 1.energilov (Energiprinsippet)
Energi kan verken skapes eller forsvinne (bare gå over til andre former) Ingenting forsvinner noensinne Den samlede energien i universet er konstant

63 2. Energilov (Termodynamikkens andre hovedsetning)
Energien fordeler seg mer og mer slik at den blir vanskeligere og vanskeligere å få tak i En energiovergang fører alltid til at energikvaliteten blir dårligere Varmeenergi fører alltid til at energikvaliteten blir dårligere Varmeenergi går aldri av seg selv fra et kaldt til et varmt område Energien blir mindre og mindre anvendelig etter hvert som den skifter form. Den går fra mer brukbare til mindre brukbare former Alt sprer seg

64 Energilovene i kortversjon:
Ingenting forsvinner - eller oppstår - noensinne og Alt sprer seg

65 Energioverganger skjer på to måter
Varme: overgangen skjer på grunn av forskjell i temperatur Arbeid: Reimer drar neste hjul rundt, en sag sager… Mekaniske krefter! En kraft fører til bevegelse, eller stopper en bevegelse (bevegelsesenergi, friksjon)

66 James Joule

67 Energienheter Av og til må vi presisere mer enn ”mye” og ”lite”
Energi måles i joule (J) 1 joule=1newtonmeter=1wattsekund 1kWh = J (3600kJ) Effekt= Energi/tid Effekt måles i watt, W Tidligere målte man beveglese og varmeenergi med forskjellige måleenheter. Joule brukte en hjulvisp og fant ut at når han dreide på en hjulvisp ble røren varmere. Det er altså samme type energi! Tidligere brukte man kalori om varme (1 kalori=4,2J)

68 Energiord: Energikjede Energikilde Energibærer Energiforbruk
Fornybare og ikke-fornybare energiressurser Fossilt brensel Alternative energikilder Energiøkonomisering

69 Energikvalitet Nødvendig å kvantifisere og bruke energiformlene
Brennverdi Virkningsgrad

70 Brennverdier

71 Virkningsgrad