Phát minh khởi nguồn cách mạng công nghiệp

Cỗ máy hơi nước đầu tiên của nhân loại do Thomas Newcomen phát minh đã giúp nước Anh đáp ứng nhu cầu năng lượng trong nửa đầu thế kỷ 18, tạo điều kiện cho sự bùng nổ của cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ nhất.

Mô hình cỗ máy hơi nước Newcomen. Ảnh: inventors.about.com.

Thomas Newcomen chào đời vào ngày 24/2/1663 tại thành phố Darthmouth, hạt Devonshire (Anh). Vào thời đó ngành khai thác thiếc phát triển mạnh ở Darthmouth. Có tài liệu cho rằng ngay từ nhỏ ông đã học nghề thợ rèn. Khi lớn lên Newcomen buôn bán và chế tạo các công cụ bằng sắt dành cho ngành khai thác mỏ tại Darthmouth.

Nhiều mỏ khai khoáng thời đó được đào sâu đến nỗi nước thường xuyên tràn vào, gây nên tình trạng ngập lụt. Để có thể tiếp tục khai thác than người ta phải tìm ra biện pháp bơm nước ra khỏi hầm. Thực tế ấy khiến Newcomen trăn trở. Ông muốn chế tạo một cỗ máy có khả năng bơm nước từ thấp lên cao. Năm 1712, Newcomen chế tạo thành công cái mà ông gọi là “cỗ máy không khí”, nhưng người ta thường gọi là cỗ máy hơi nước. Nhiều học giả ở thế kỷ 18 và 19 ghi lại rằng, ông đã mất 10-15 năm để nghiên cứu nó.

Hình vẽ thể hiện nguyên lý hoạt động của cỗ máy Newcomen. Chuyển động lên xuống của pit-tông được truyền sang máy bơm nhờ đòn cân bằng. Ảnh: Wikipedia.

Nguyên lý hoạt động của cỗ máy Newcomen rất đơn giản. Hơi nước được đưa vào một xi lanh, buộc pit-tông chuyển động ra ngoài. Nước lạnh được phun vào pit-tông khiến hơi nước ngưng tụ và tạo ra môi trường chân không. Áp suất không khí buộc pit-tông quay trở lại vị trí ban đầu của nó. Sau đó hơi nước lại tràn vào xi lanh để tiếp tục chu trình mới. Công năng phát sinh từ chuyển động qua lại của pit-tông được truyền tới máy bơm thông qua một đòn cân bằng. Nhờ đó mà máy bơm có thể hút nước liên tục.

Cỗ máy của Newcomen được sử dụng rộng rãi tại hàng nghìn mỏ than trên khắp nước Anh và cứu nhiều chủ mỏ khỏi cảnh phá sản. Nó giữ vị trí độc tôn suốt 3/4 thế kỷ cho đến khi John Smeaton rồi James Watt cải tiến động cơ hơi nước

Một cỗ máy hơi nước Newcomen trong mỏ than. Ảnh: csa.com

Newcomen qua đời tại London vào ngày 5/8/1729. Do có công chế tạo cỗ máy hơi nước đầu tiên trong lịch sử nhân loại, ông được coi là người đặt nền móng cho cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ nhất. Phát minh của Newcomen đã giải quyết được cuộc khủng hoảng năng lượng trong thế kỷ 18, bởi nó cho phép người ta khai thác những mỏ than sâu mà trước kia họ không thể với tới do tình trạng ngập nước. Khi nhu cầu to lớn về than được đáp ứng, nền sản xuất của nước Anh phát triển mạnh mẽ và tạo nên cuộc cách mạng công nghiệp. Nhưng cũng có nhiều nhà khoa học cho rằng, sự ra đời của máy hơi nước Newcomen đánh dấu kỷ nguyên mà trong đó con người lệ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch.