Изобретения связанные с водой

Если сравнить цель, стоявшую перед древними и стоящую перед современными гидрологами и гидротехниками, то окажется, что она не изменилась. Если ее сформулировать в общей форме: освоение и регулирование водных объектов. Однако задачи, которые решаются в рамках этой общей цели, неимоверно расширились. Кроме тысячелетних потребностей в воде для сельского хозяйства, водоснабжения населенных пунктов, защиты от наводнений и использования водных объектов как транспортных артерий, появилось множество других задач: промышленное водоснабжение, теплоэнергетика, рекреация, разбавление сточных вод, рыбоводство, марикультура, подводная добыча полезных ископаемых — вот далеко не полный перечень областей использования и применения воды.

Находясь еще только на грани перехода от прачеловека к человеку, это существо, как и многие животные, использовало воду не только для утоления жажды, но и для других процедур типа купания. По мере совершенствования, появления новых навыков, развития производства орудий охоты и труда человек стал потреблять все больше и больше воды для разнообразных нужд: в гончарном деле, в обработке шкур убитых животных, в выплавке металла. По мере развития цивилизации, освоения новых полей деятельности человеку требовалось все больше и больше воды. Развитие цивилизации можно измерять в литрах потребляемой на душу населения воды. Сейчас в самой развитой стране мира — США — на душу населения потребляется в сутки около 7000 л воды, тогда как в некоторых развивающихся странах — не более 30 л, т. е. в 200 раз меньше. Человек каменного века потреблял, видимо, менее 10 л воды в сутки. Зато римляне в период расцвета Римского государства потребляли до 700 л воды на человека в сутки, т. е. намного больше, чем сейчас потребляют в ряде развивающихся стран, и больше, чем потребляли жители Рима в средние века. А в период правления императора Траяна (98-117 гг), когда население Рима достигало 1 млн. человек, на каждого жителя приходилось до 1000 л воды в сутки (заметим, что 1968 г — только 475 л). Поэтому в литрах воды можно оценивать расцвет и упадок цивилизаций, стран и городов.

Археологические находки, древнейшие записи дают представление о широком использовании ирригации и гидротехнических сооружений в древности. В Междуречье 7-8 тыс. лет назад создавались насыпи для устройства поселений, защищенных таким путем от наводнений. Они были окружены полями, на которых проводилось орошение и осушение земель. Около 6 тыс. лет назад там появляются первые города, окруженные полями с искусственным орошением. Так же давно искусство орошения возникло в долине реки Хуанхэ в Китае. В государствах Шумер и Аккад 5-6 тысячелетий назад проводились работы по регулированию рек Тигра и Евфрата, строились большие каналы, использовавшиеся не только для орошения, но и для водоснабжения населенных пунктом, и как транспортные системы. Возникают законы, регулирующие водопользование. В одной из статей ассирийского свода законов, составленного 3500 лет назад, говорилось: «Пусть каждый совершит работу на своем поле и оросит свое поле».

Последнее тысячелетие до нашей эры оказалось периодом расцвета гидротехнического искусства. В это время создаются многие выдающиеся гидротехнические сооружения, руины или иные свидетельства о которых дошли до нашего времени. К этому же периоду относится ряд изобретений, связанных с водой. Начинают использоваться водяные мельницы. Первые такие мельницы были в государстве Урарту. Один из жерновов урартской мельницы хранится в музее города Тбилиси. Появляется водоподъемное сооружение типа «журавля», использующее принцип рычага, водоподъемное колесо и архимедов винт, которые применялись в Древней Греции, где существовали крупные ирригационные системы.

Искусственное орошение и система водоснабжения населенных пунктов вначале обычно совмещались. Но по мере роста городов и городского населения возникла необходимость строить отдельные системы водоснабжения населенных пунктов. Это был второй скачок в росте водопотребления на душу населения. Системы водоснабжения использовались для удовлетворения бытовых нужд, а также некоторых других хозяйственных потребностей, например в ремесленном производстве. Хорошо известны водопроводы Экбагана в Ассирии, построенные по приказу легендарной царицы Семирамиды, водопроводы в Иерусалиме, на острове Самое, в Карфагене. Афины в период расцвета, когда их население достигало 200 тыс. человек, имели 8 водопроводов. Во многих местах Южной Европы и Северной Африки и сейчас можно встретить руины римских водопроводов. Первый водопровод в Риме был построен в 313 г. до н. э. В самом начале нашей эры 9 водопроводов давали до 88 ведер воды на каждого жителя, или примерно 700 л в сутки, а в конце XIX в. идеальным считался расход 12,5 ведра на человека в сутки, средний же расход поды на человека принимался равным 5,5-6,75 ведра в сутки, т. е. примерно 40-50 л. Большие достижения римлян в строительстве гидротехнических сооружений стали возможными благодаря изобретению ими бетона, в котором вода играет существенную роль, а также свинцовых и керамических водопроводных труб.

Вместе с появлением практических задач и попыток их решения возникла наука о воде — гидрология, возраст которой, по мнению американского гидролога Раймонда Нейса, насчитывает 5000 лет. Вначале это был просто накопленный опыт ирригационных работ. Но как раз 5000 лет назад египтяне начали ежегодно фиксировать высоту паводка на Ниле, отмечая ее на скалах, стенах сооружений, ступенях береговых лестниц. Затем они стали создавать специальные колодцы, прямо связанные с рекой: в центре их ставились колонны с делениями, по которым и определялась высота паводка. По высоте паводка оценивался будущий урожай, а на основе оценки урожая можно было установить размер налога.

В это же время зарождаются основы гидравлики — науки о законах равновесия и движения воды. Кто из нас не помнит закона Архимеда? Вода стала использоваться для измерения времени — была изобретена клепсидра, водяные часы. А знаменитый Ктесибий из Александрии сумел создать много весьма сложных водяных механизмов.

После гибели Рима в 4 в. в Европе начался средне вековой период застоя и опустения, были забыты многие достижения греческой и римской культуры, а произведение Витрувия было прочитано и комментировалось только через полторы тысячи лет. Ирригационные системы во многих странах Европы приходили в упадок, водопроводы оказались разрушенными. Загрязненная вода вызывала опустошительные эпидемии в грязных вонючих средневековых городах, откуда они распространялись на сельскую местность. Вымирали целые города и районы. А в это время на еще не открытом Американском материке ацтеки строили свои гидротехнические сооружения, искусно организуя водоснабжение городов, защищаясь от наводнений, создавая гидропонную ирригацию вокруг возведенного среди озера города Теночтитлана — будущего Мехико. Появившиеся через сто лет после завершения сооружения крупнейшего Чапультепекского акведука воины Кортеса не пощадили многие гидротехнические сооружения ацтеков.

Источник

Энергия воды

Людям повезло, что на нашей планете находятся достаточно большие залежи полезных ископаемых, способных стать источниками энергии. Но запасы эти не безграничны и постепенно истощаются. Очевидно, что когда-то месторождения природного газа, угля и нефти могут иссякнуть.

Поэтому к самым значительным изобретениям в области энергетики относятся те, которые связаны с открытием новых источников энергии, позволяющих экономить запасы природного сырья. За это их и называют альтернативными источниками энергии. В наши дни такими источниками могут послужить как известные ранее — энергия солнца, текущей воды, ветра, приливов и отливов, подземного тепла (геотермальная энергия), так и открытые сравнительно недавно — энергия плазмы, химических процессов, атома.

Использование энергии движущейся воды — древнейшее открытие

Трудно точно сказать, когда люди научились использовать энергию движущейся воды. Считается, что более 2 тыс. лет вода была фактически единственным источником постоянной энергии вплоть до изобретения в XII в. ветряных мельниц. Еще в древние времена человек заметил, что если до половины погрузить в реку колесо с лопастями, то оно начнет вращаться. Тем самым энергия текущей воды даже в примитивной гидроустановке (от греч. «hydor» — «вода») превращалась в механическую энергию. Так, например, существует исторический документ, который утверждает, что на реке Сене (Франция) в 1682 г. была возведена крупнейшая по тем временам гидроустановка. Она состояла из 13 колес диаметром по 8 м и обеспечивала работу более 200 насосов, которые приводили в действие фонтаны в дворцовых парках.

Как работает водяная мельница

Несмотря на то, что эффективность древних гидроустановок была низкой, она все равно была несопоставимо большей по сравнению с тем, на что были способны люди или животные. Кроме того, эта энергия являлась бесплатной и была подарена самой природой.

Одним из самых древних примеров использования человеком энергии воды является водяная мельница. Водяное колесо в ней насажено на вал жернова. Вода вращает колесо — вращается и жернов, мелет зерно.

По мере развития технологии область применения водяных колес расширилась: их стали использовать не только для помола зерна, но и для приведения в действие станков или насосов. До изобретения парового двигателя число гидроустановок неуклонно росло, но затем наступило затишье. Однако в начале XX в. начался период бурного строительства гидростанций, но уже для выработки с помощью движущейся воды электроэнергии.

Эволюция водяного колеса

Главной деталью древней гидроустановки являлось водяное колесо. Струя воды увлекала за собой лопасти колеса. Оно могло быть расположено как вертикально, так и горизонтально. Водяные колеса, вращающиеся только за счет силы, создаваемой потоком воды, получили название подливных.

В результате множества технических усовершенствований в Средние века появились более эффективные верхненаливные колеса, которые вращались за счет действия веса падающей на них воды. Диаметр таких колес мог достигать 10 м, но даже при этом КПД водяного двигателя оставался низким. Вращаясь со скоростью чуть более 10 об/мин, колеса использовали менее двух третей энергии воды, и их мощность редко превышала 10 кВт.

Струйные и радиальные турбины

В современных гидроустановках водяное колесо заменено более скоростной водяной турбиной. За почти двухсотлетнюю историю эксплуатации было изобретено множество подобных устройств, имевших различные конструкции и принципы действия. Наиболее эффективными оказались так называемые струйные и радиальные турбины. По принципу действия струйные турбины схожи с верхненаливными колесами — струя воды под сильным напором ударяла в лопасти турбины и заставляла ее вращаться.

Радиальные турбины чаще используются тогда, когда напор воды невелик, но есть возможность построить плотину и создать перепад по высоте в 10—15 м. В XX в. такие турбины получили широкое распространение в связи с развитием гидроэлектростанций.

Первую гидротурбину подобной конструкции, которая имеет практическое применение, создал французский инженер Бенуа Фурнейрон (1802—1867). В 1832 г. он получил патент на свое изобретение.

В турбине Фурнейрона вода подается в спиральный кожух, по форме напоминающий раковину улитки. Поток воды из кожуха поступает на вогнутые лопатки ротора, расположенного в центре «улитки», и вращает его. Ротором в такой конструкции является рабочее колесо, соединенное с валом турбины. Это колесо и является рабочим органом турбины, преобразующим энергию потока в механическую. Кстати, турбины Фурнейрона были установлены на первой в мире крупной гидроэлектростанции на Ниагарском водопаде в Канаде.

Энергия приливов и отливов

Еще одним способом извлечения энергии из водных ресурсов планеты являются приливно-отливные станции. Оказалось, что вода морей и океанов, поднимающаяся более чем на десять метров во время приливов, несет с собой практически неограниченный запас энергии. Для ее использования в узких береговых проходах ставят преграду — плотину. Проникая через отверстия в такой плотине, вода вращает колеса или турбины, причем как во время прилива, так и во время отлива.

Существуют также такие гидростанции, на которых во время прилива вода перетекает в закрытый бассейн через шлюзы в дамбе или плотине. Затем шлюзы закрывают, уровень воды в море падает, а задержанная вода, вытекая из бассейна, вращает водяные колеса или гидротурбины.

Это интересно!

Энергию приливов впервые в заметных количествах стали использовать уже во второй половине XVI в. Так, например, жители Лондона (Англия) столкнувшись с перебоями водоснабжения, установили водяные колеса на реке Темзе. Вращаемые то в одну, то в другую сторону приливами, они заставляли работать насосы, закачивающие воду в трубы, по которым она текла в город.

Самая первая и крупнейшая приливно-отливная станция «Ля Ране» была построена в 1966 г. в устье реки Ране (Франция). Протяженность плотины станции составляет 800 м. Благодаря тому, что перепад высот прилива и отлива в этом месте составляет от 12 до 18 м, мощность «Ля Ране» доходит до 240 МВт.

Источник

еВода — Другой взгляд на воду

Люди используют Воду с давних времен, но все равно появляются все новые способы, появлению которых предшествуют исследования и разработки новых технологий.

Физики обнаружили ранее неизвестное свойство воды, связанное с транспортом ионов. Открытие может найти применение в биомедицине и энергетике

Злополучные штудии на тему «молекулярной памяти воды» и других шарлатанских материй приучили просвещенную публику игнорировать научные новости, где сообщается об открытии у воды еще каких-то неизвестных науке свойств. Между тем оказалось, что настоящая наука по-прежнему на такое способна. Речь идет о транспорте ионов — свойстве воды, которое делает ее универсальным растворителем и основой жизни на планете.

У воды нашли неожиданные аномальные свойства

Ученые из Базельского университета в Швейцарии нашли у воды аномальное свойство, которое выражается в том, что одни ее молекулы (пара-изомеры) вступают в химическую реакцию лучше, чем другие (орто-изомеры). Статья исследователей опубликована в журнале Nature Communications. Об этом сообщает издание Science Alert.

Раскрыта одна из тайн крещенской воды. Особенной ее делает Солнце

Открытие, которое, возможно, потянет на Нобелевскую премию, сделал столичный ученый, доктор технических наук Владимир Цетлин. Заинтересовавшись свойствами воды в Крещение, он первый в мире решился проанализировать это явление с сугубо научной точки зрения. В итоге ученый предложил разгадку глобальной тайны “взаимоотношений” человека с Солнцем и Землей.

Солнечная панель производит до 5 литров питьевой воды в день из воздуха

Учитывая то, что количество солнечных станций на крышах домов растет взрывными темпами, будущее демократической энергетики выглядит все более светлым. Но когда дело касается воды, у нас не так уж и много вариантов и технологий. Большинство из нас напрямую зависит от поставок воды с местных водных бассейнов. Это хорошо, пока такая система бесперебойно работает, но становится ужасом, когда что-то идет не так (недавний пример из жизни — трудности с водоснабжением в городе Флинт, штат Мичиган). Хотя многие дома имеют возможность собирать дождевую воду для полива растений и технических нужд, существует не так уже много путей получать чистую воду, кроме ее покупки в бутылях.

Водородное СПА — что это?

Чтобы понять, что такое водородное СПА. Сначала надо понять, что такое СПА.

SPA (СПА) — это слово наверняка не раз слышал каждый. SPA-клиника, SPA-курорт, SPA-центр, SPA-отель — эти термины сейчас у всех на слуху. Однако значение слова SPA известно далеко не всем. Тем более мало кто знаком с водородным СПА. В этой статье мы расскажем, что за ним стоит.

KOR ONE

KOR ONE — это не просто бутылка для воды, это модный удобный и высококачественный контейнер для персональной гидратации.

Как вы измените то, что существовало с самого начала времен? А еще лучше, зачем?

«Мы изменили воду, заново изобретя способ носить и употреблять её,» говорит Эрик Барнс, основатель KOR и создатель контейнера для воды KOR ONE. «Мы хотели назвать KOR ONE многоразовой бутылкой для воды, но это не отражает того, что в действительности мы сотворили. По нашему опыту, созданная нами бутылка оказалась контейнером для персональной гидратации».

Устройство на солнечной энергии может собирать воду прямо из воздуха

Питьевая вода — проблема во многих регионах мира, но теперь вы можете добывать ее прямо из воздуха. Даже в самых засушливых местах.

ОВП: Приборы для измерения, принципы измерения и заблуждения, связанные с ОВП

ОВП (Окислительно—Восстановительный Потенциал) воды — это показатель ее окислительных (кислотных) либо восстановительных (щелочных) качеств. ОВП характеризует степень активности электронов в окислительно—восстановительных реакциях, т.е. реакциях, связанных с присоединением или передачей электронов.

Открыта новая фаза воды — «жидкий кристалл»

Одна из базовых вещей, которые мы узнаем на уроках естествознания в школе, это то, что вода может существовать в трех разных состояниях: в виде твердого льда, жидкой воды или газообразного пара. Но недавно международная группа ученых обнаружила признаки того, что жидкая вода на самом деле может существовать в двух разных состояниях.

Проводя исследовательскую работу — результаты были опубликованы потом в International Journal of Nanotechnology — ученые неожиданно обнаружили, что у воды температурой от 50 до 60℃ меняется ряд свойств. Этот признак возможного существования второго жидкого состояния воды разжег горячую дискуссию в научных кругах. Если это подтвердится, то открытие найдет применение во множестве областей, включая нанотехнологии и биологию.

СПА капсула GREENING SPA — это новое слово в технологиях ухода за кожей!

Теперь Вы можете осуществлять уход за кожей прямо дома, не тратя денег на посещения дорогостоящих SPA салонов. Улучшать состояние кожи стало легко, как никогда. Водородный генератор для ванны обеспечивает прямое проникновение высоких концентраций водорода через поры кожи, пока Вы принимаете ванну. Эта процедура обеспечивает эффективное устранение свободных радикалов в тканях. GREENING SPA с антиоксидантным эффектом обогащенной водородом воды рождает новую SPA культуру.

Современное определение воды на основе данных передовых исследований

Источник

Изобретения связанные с водой