Wie kann meine alte römische Zivilisation effektive Dampfkraft für den Einsatz in Schiffen entwickeln?

TL;DR - Die Römer wären in der Lage, einige Flussschiffe mit atmosphärischen Druckmotoren zu bauen, das Haupthindernis ist das Verständnis der Physik, nicht irgendeiner Technologie.

1. Der Bau einer einfachsten Dampfmaschine ist nicht so schwer, wie man denkt. Der Kessel kann atmosphärischen Druck verwenden und aus Kupfer und Blei (oberer Teil) bestehen - genau so wurden die ersten Kessel hergestellt. Die Haupteffizienzsteigerung der Dampfmaschine im 18. Jahrhundert kam nicht von der Erhöhung des Drucks, sondern von der Verwendung eines separaten Kondensators - dies erfordert ein Verständnis der Physik, nicht irgendeine Hochtechnologie.

   Die Zylinder wurden von Hand hergestellt und das Austreten von Dampf wurde verhindert, indem ein Seil um den Kolben gewickelt wurde .

   Holzbrennstoff wurde im späten Mittelalter ziemlich teuer, aber in der Römerzeit war der größte Teil Europas mit Wald bedeckt, so dass Brennstoff an den nördlichen Grenzen des Imperiums spottbillig war, und selbst in Rom waren es hauptsächlich die Transportkosten, die den Brennstoffpreis bestimmten.

   Auch die ersten Motorventile wurden von Hand betätigt, obwohl sich die Automatisierung als einfach genug erwies (lustig, aber weniger sparsam als der menschliche Bediener).

2. Die Römer hatten eine ganze Industrie, die sich der Minenentleerung widmete, damit sie für die Entleerung von Dampfmaschinen bezahlten. So dürften erste Motoren zum Einsatz kommen.

3. Es ist also technisch möglich und wirtschaftlich machbar. Das Problem ist, Physik genug zu verstehen, um sie zu machen. Zum Beispiel ist es nicht so einfach, die Funktionsweise von Druck zu verstehen, wie es scheinen mag - sonst wären die Magdeburger Halbkugeln oder Pascals Fassexperiment nicht so berühmt geworden.

   Der Begriff der latenten Wärme ist ebenfalls ziemlich schwer zu bekommen, sein Verständnis war entscheidend für Watts Erfindung des separaten Kondensators.

   Der erforderliche Theoriesprung wäre enorm, ehrlich gesagt sehe ich nicht, dass die alten Römer es schaffen. Aber wenn wir davon ausgehen, dass sie es irgendwie geschafft haben oder ihnen von Zeitreisenden geholfen wurde, dann können sie den Motor bauen.

4. Aber es gibt einen großen Unterschied zwischen Fultons „ North River Steamboat “ (100 Tonnen Verdrängung und 20 PS) und Hochseedampfern ( Great Western , 2300 Tonnen, 750 PS).

   Das Bauen von flussgängigen Dampfschiffen liegt innerhalb des römischen Technologieniveaus. Hochseedampfer erfordern eine technologische Revolution .

PS Aeolipile ist aufgrund der extrem geringen Effizienz völlig nutzlos.

Die Wahrheit ist, dass sie es bereits haben; die Griechen entwickelten die Hero-Dampfmaschine (sozusagen eine einfache Kugel am Spieß, in die man etwas Wasser einfüllen und über einem Feuer platzieren konnte, mit 2 gegenüberliegenden Auslassöffnungen, durch die der Dampf entweichen und die Kugel sich drehen konnte) - sie haben es einfach nie weiterentwickelt.

Römische Schiffe waren robust, und sie waren großartige Händler. Es gibt 3 Gründe, warum sie keine Dampfkraft für ihre Schiffe entwickelt haben;

1) Menschliche Arbeitskraft – warum in Kohle, teure Maschinen etc. investieren, wenn man Menschen zum Rudern bringen kann? (Alles, was Sie brauchen, ist Essen, aber das brauchen Sie bereits für den Rest Ihrer Crew – eine einzige Ressource zum Aufladen)

2) Segel – Windkraft war im Mittelmeer zuverlässig genug.

3) Militärischer Fokus – Schiffe waren für den Handel da, nicht wirklich für den Kampf. Die Römer konzentrierten sich mehr auf Infanterie und Landkämpfe

Letztendlich, wenn Sie wollen, dass Ihre „Römer“ Dampfkraft für ihre Schiffe bekommen, machen Sie Ruderer teurer und machen Sie Seekraft wichtiger. Unzuverlässige Winde auf See würden auch helfen.

Sklaven würden immer noch für den Kohlebergbau und dergleichen benötigt, um diese Technologie zu unterstützen. Das eigentliche Problem bei der Dampfkraft ist jedoch die Umwandlung der Energie in Vortrieb. Zu Mark Twains Zeiten geschah dies mit Schaufelrädern. Erst Ende des 19. Jahrhunderts wurde die „Unterwasserschraube“ oder der Propeller erfunden.

Allerdings hätte die Verwendung von Dampf in militärischen Anwendungen irgendwann zu einer früheren Entwicklung geführt, da bin ich mir ziemlich sicher.

Der andere Punkt, der auftaucht, sind die erhöhten Metallkosten in Schiffen mit Dampfantrieb. Dies ist ein guter Punkt und auch der Grund, warum sich die römische Mechanisierung eher auf die Federtechnologie verlassen hätte. Ihre fünfte Legion (effektiv ihr Ingenieurkorps) baute früher große Waffen, die massive Pfeile abfeuerten, die mit Schnüren aus Rindersehnen abgefeuert wurden, die an Ort und Stelle getrocknet worden waren. Diese Art der Energiespeicherung wäre auch für ihre Schiffe wahrscheinlicher gewesen.

Das ist eine sehr interessante Frage, denn sie zeigt, wie die Welt miteinander verbunden ist. Konnten die Römer Dampfmaschinen entwickeln? Betrachten wir zunächst die technologischen Anforderungen und deren Implikationen.

Technologische Anforderungen

Die Römer wussten genau, dass im Dampf Kraft steckt. Es gab sogar einige grobe Demonstrationsgeräte, wie die in der Frage erwähnte Äolipile . Was war also rein technologisch noch nötig?

• Zuerst brauchten sie Treibstoff . Die klassische griechisch-römische Zivilisation verbrauchte relativ wenig Brennstoff, und dieser Brennstoff war Holz und Holzkohle. Sie verbrauchten wenig Kraftstoff, weil sie rund um das Mittelmeer lebten, wo die Winter mild sind, und sie lebten in einer warmen Zeit. Der Mittelmeerraum hat wenige ausgedehnte Wälder und im Wesentlichen keine Steinkohle.

  Da es im Mittelmeerraum keine Kohle gibt, hatten die Römer eine sehr vage Vorstellung davon, was Kohle ist oder wie man sie verwendet. Sie wussten, dass man in Britannien einige schwarze Steine ​​finden konnte, die brannten, aber mehr wussten sie nicht über Kohle. Aber nehmen wir an, nachdem jemand die ersten Motoren gebaut hatte, hätte ein römischer Ingenieur, der aus Großbritannien zurückkehrte, mit Kohle experimentiert, und die Römer wären nach Norden vorgedrungen, um die umfangreichen Kohlereserven in Großbritannien und Gallien anzuzapfen.

  Kraftstoff ist also keine so große Sache; Es ist durchaus möglich, sich vorzustellen, dass Römer in Großbritannien Kohle abbauen.

• Zweitens, und hier kommen wir zu den wirklich schwierigen technologischen Problemen, würden sie Metall und Metallbearbeitungstechniken benötigen, um den Motor herzustellen. Das ist ein großes Problem. Das einzig geeignete Metall war damals Bronze; Bronze ist definitiv nicht billig. Warum nicht billiges Eisen? Nun, das Problem ist, dass sie in der Römerzeit wussten, wie man Bronze gießt, aber niemand hatte jemals geschmolzenes Eisen gesehen, geschweige denn versucht, es zu gießen. Bronze blieb tausend Jahre nach dem Untergang des Weströmischen Reiches das einzige zum Gießen geeignete Metall; Kanonen wurden deshalb bis zum Beginn der Neuzeit aus Bronze gefertigt.

  Denken Sie daran, dass Metall in der klassischen Welt in viel geringerem Umfang verwendet wurde als in der Renaissance und der Moderne. Metall war kostbar.

  Auch Metallbearbeitungstechniken waren problematisch. Die Römer hatten keine Drehmaschinen, die Metall bearbeiten konnten; Alles, was sie hatten, waren handbetriebene Drehbänke, die zum Drechseln von Holz geeignet waren. Die ersten Drehmaschinen, die Metall bearbeiten konnten, erschienen 1000 Jahre nach dem Untergang des Weströmischen Reiches (wieder). Keine Drehmaschinen bedeutet keine (reproduzierbaren) Schrauben und keine Möglichkeit, präzise Zylinder oder Kolben herzustellen. Eine Dampfmaschine ohne genaue Zylinder und Kolben zu bauen, ist nicht trivial; Ja, ein geschickter Handwerker hätte zu hohen Kosten einen Zylinder und einen Kolben herstellen können, aber dies ist keine Marinemarke.

• Aber das Killerproblem sind Metallrohre. Sie hatten einfach nicht die Technologie, um Hochdruck-Metallrohre herzustellen. Die einzigen Metallrohre, die sie herstellen konnten, waren Bleirohre mit sehr niedrigem Druck; Versuchen Sie nicht, Live-Dampf durch eine davon zu leiten. Warum sind Rohre wichtig? Ohne Hochdruckrohre kann man nur einen atmosphärischen Motor bauen , wie Newcomens Original (1712). Diese Art von Motor eignet sich zum Pumpen von Wasser aus Minenschächten und sonst wenig.

Auswirkungen der technologischen Anforderungen

Man kann sich natürlich vorstellen, dass die Römer die technischen Probleme gelöst haben. (Oder wahrscheinlicher die Griechen, aber dann waren die Griechen im 2. Jahrhundert vollständig in das Reich integriert, das sie nicht mehr als fremde Herrschaft, sondern als natürlichen Höhepunkt der Geschichte Griechenlands wahrnahmen.) Die Frage ist dann, was Art der Welt wäre es gewesen? Hätte es die Essenz der klassischen Welt bewahrt?

Ich würde nein sagen. Die Art des technologischen Fortschritts, von der wir sprechen, impliziert eine Welt mit hochqualifizierten Arbeitskräften, mit einer intensiven Marktwirtschaft, mit systematischer technologischer Ausbildung, mit weit verbreiteter Verwendung von Metallteilen, mit präzisen Messungen ... Dies ist nicht die klassische Welt. Es ist einfach nicht.

Hätten sie es geschafft und gleichzeitig etwas von der klassischen Welt bewahrt? Ja, natürlich! Schließlich haben wir es geschafft – wir haben immer noch Senatoren , die sich (in den USA) auf dem Kapitolshügel treffen , wir haben immer noch Tribunale , und (in vielen europäischen Ländern) haben wir immer noch Präfekten und Quästoren , und unsere Sprachen sind voll von Lateinische Wörter. Wenn Sie mit einer Welt zufrieden sind, die einige (vielleicht die meisten) Formen der römischen Welt bewahrt, aber wenig von ihrer Essenz, dann ja, das ist vorstellbar.

Warum haben sie es nicht getan?

Aber die Römer entwickelten nicht die Technologien, die für die Herstellung von Dampfmaschinen erforderlich waren. Sie entwickelten nicht die Art von intensiver Marktwirtschaft, in der Dampfmaschinen nützlich gewesen wären. Wieso den? Weil sie es nicht konnten. Die Römer erfanden den Staat in der modernen Auffassung des Wortes, sie erfanden das Konzept einheitlicher Gesetze und Kodizes und der Bürokratie und des öffentlichen Dienstes und der öffentlichen Infrastruktur und vieler anderer Aspekte der Zivilisation, die im Laufe der Zeit den Staat ausmachten moderne Welt möglich. Aber eines haben sie nicht erfunden: einen funktionierenden und stabilen Mechanismus zur Kraftübertragung.

Die friedliche Machtübergabe war immer ein Ziel: Die meisten Kaiser waren anständige Menschen, die sich wirklich um den Erhalt und die Entwicklung des Reiches bemühten. Den meisten gelang es tatsächlich, die Macht friedlich auf ihren Nachfolger zu übertragen; Zum Beispiel sorgte die Kette Nerva-Trajan-Hadrian-Antoninus Pius-Marcus Aurelius (die Adoptivdynastie Nerva-Antonine, die „ fünf guten Kaiser “) für Stabilität und gute Regierungsführung für 84 Jahre, fast ein Jahrhundert, von 96 bis 180 n. Chr. Aber hin und wieder scheiterte die Machtübergabe, oder der Nachfolger wurde schlecht gewählt, und es kam zu Chaos.

So hatte das Reich Zeiten des Friedens und der Entwicklung – unter den Julio-Claudiern, unter den Flaviern, unter der Nerva-Antoninischen Dynastie – und Zeiten der Anarchie und des Bürgerkriegs. Und im 3. Jahrhundert kippte eine dieser Perioden der Anarchie – die Krise des 3. Jahrhunderts – das Gleichgewicht zu sehr auf die Seite der Dunkelheit. Das Reich wurde tödlich verwundet; es würde sich nie erholen.

Es hätte vermieden werden können, besonders in der Fiktion. In der Fiktion kann man Commodus immer zu einem guten Kaiser machen; man könnte sich eine Regel vorstellen, die besagt, dass die kaiserliche Erbfolge an einen adoptierten Erben gehen muss ; oder zumindest könnte man sich vorstellen, dass die Römer das Kaiseramt legal einführten und es erblich machten. (Eines der großen Probleme mit dem Römischen Reich war, dass es vor Diokletian rechtlich gesehen kein Imperium war und rechtlich keinen Kaiser hatte; der Staat war offiziell eine Republik, und die Männer, die wir Kaiser nennen, regierten, indem sie Schlüsselpositionen im Staat anhäuften ; es ist kompliziert, aber im Grunde kumulierten sie die Position des Sprechers des Senats, des Oberbefehlshabers der Armee, des Hohepriesters und vor allem des Volkstribuns.)

Wichtige Punkte

• Sie müssen die Wirtschaft des Römischen Reiches viel intensiver machen; Dampfmaschinen nützen nichts in einer verschlafenen Wirtschaft.

• Sie müssen irgendwie die griechisch-römische Verachtung für Handwerker überwinden; Vielleicht hat sich Alexandria zu einer Hochburg der Industrie entwickelt, mit Rom, das gezwungen ist, zu konkurrieren, ich weiß es nicht.

• Sie müssen die Krise des 3. Jahrhunderts um jeden Preis vermeiden, auch wenn das bedeutet, dass Sie die Dominanz früh einsetzen müssen.

• Sie müssen sich eine Kette unwahrscheinlicher, aber nicht unmöglicher Erfindungen vorstellen ...

• Und als Ergebnis erhalten Sie eine Welt, die der klassischen griechisch-römischen Welt ein wenig ähnelt, aber ganz anders ist, und Sie werden alles danach verändert haben. Es wird kein Mittelalter, keinen Islam, kein Britisches Empire geben...

Dampfmaschinen erfordern eine industrielle Wirtschaft. Sogar die Flussschiffe von Mark Twain hatten aus römischer Sicht eine riesige Menge Eisen in sich. (Kolben mit Fußdurchmesser, Hub mit mehreren Fuß ...) Sie brauchen eine Möglichkeit, Eisen in mehreren Tonnen zu produzieren und zu gießen.

Das bedeutet, dass Sie Möglichkeiten haben müssen, es zu erhitzen. Das bedeutet Kohle und Koks. England war in der Lage, eine industrielle Revolution mit großen Wäldern, die gute Holzkohle produzierten, und einigen Kohlevorkommen, die sich nahe oder an der Oberfläche befanden, zu starten. Die Dampfmaschinen entleerten die Minen, um tiefere Kohle zu gewinnen, sodass mehr Motoren und Eisenbahnen gebaut werden konnten. Die Eisenbahn ermöglichte den Transport von Kohle und Eisenerz von weiter entfernten Orten.

Trotzdem waren Dampfmaschinen an Land weit verbreitet, bevor sie auf Schiffen eingesetzt wurden. Der Einsatz auf Schiffen erforderte höhere Drücke, um sowohl eine effizientere Nutzung des Kraftstoffs zu ermöglichen als auch den Motor auf eine vernünftige Größe zu bringen.

Ein Historiker kommentierte: "Sie können nicht Eisenbahn fahren, bis es Zeit für die Eisenbahn ist."

Das heißt: Die Römer waren mehrere hundert Jahre in der Bretagne. Setzen Sie die gesamte industrielle Revolution auf das Jahr 200 n. Chr

Hubbalken-Druckpumpen (die Zylinder und Kolben verwendeten) stammen aus dem 3. ^Jahrhundert v. Chr. (Sie verwendeten natürlich Bronze, aber es hätte für Dampfmaschinen perfekt funktioniert).

Die Kurbel ( Sonnen- und Planetengetriebe wurden in frühen Dampfmaschinen verwendet, um Pickards Patent auf die Kurbel zu umgehen; das britische Patentrecht der damaligen Zeit erlaubte jemandem, Dinge zu patentieren, die bereits in Gebrauch waren) stammt mindestens aus dem ¹ Schiffe verwendeten sie in ihren Lenzpumpen)

Schwungräder sind älter als die Zivilisation, und die Ventiltechnologie, die für eine Wasserorgel ausgeklügelt genug ist, hätte Ventile für eine Dampfmaschine hervorbringen können.

Die Teile in der richtigen Kombination zusammenzufügen, war aus Gründen, die andere in diesem Thread erwähnten, zu schwierig für sie, aber alle notwendigen Komponenten zum Bau kleiner bis mittlerer Dampfmaschinen standen den Römern zur Verfügung.

Sie verfügten nicht über die Metallurgie, die maschinellen Bearbeitungsfähigkeiten oder die Wissensbasis, um eine praktische, wirtschaftliche Dampfmaschine zu entwickeln.

Die erste praktische Dampfmaschine war die Newcomen-Maschine , die auf einer Erfindung beruhte, die die Römer nicht hatten: Zylinder und Kolben, um das Teilvakuum von Dampf, der in einem geschlossenen Behälter kondensiert, in Leistung umzuwandeln. Der Kolben und Zylinder war eine Idee, die zuerst von Otto Guerickie als Vakuumpumpe entwickelt wurde, und er bekam die Idee von einem unbekannten Erfinder, der einen Haushaltsfeuerlöscher mit einem Zylinder und einem Kolben als Wasserpumpe entwickelt hatte. Die Römer hatten auch kein von William Murdoch erfundenes Planetengetriebesystem, um das Drücken und Ziehen in eine Drehbewegung umzuwandeln.

Es stimmt, dass die Griechen eine einfache Dampfmaschine mit einer sich drehenden Kugel entwickelt hatten, aber dieses Design ließ sich nicht leicht vergrößern (keine Lager, die es einer großen Kugel ermöglichen würden, sich effizient zu drehen, keine Metalle, die dem höheren Druck und der höheren Temperatur standhalten könnten), noch tat es dies Sie haben eine Möglichkeit, Wasser in den Motor zu pumpen, während er unter Druck lief (was auch einen Zylinder und einen Kolben erfordert), sodass er nicht viel Ausdauer gehabt hätte.

Und schließlich ist die Wissensbasis zu berücksichtigen. In der Römerzeit beschränkte sich die Metallbearbeitung darauf, Bronze, Kupfer und Eisen von Hand in Formen zu schlagen. Sie können ein gutes Schwert und einen guten Schild bauen, aber Sie können so keine praktische Dampfmaschine bauen. Folglich wäre selbst die Idee, Dampf oder irgendetwas anderes als Menschen, Tiere, Wasserräder oder Wind als Energiequelle zu nutzen, damals selbst die klügsten Köpfe überfordert gewesen.

Theoretisch hätten die Römer frühe Schusswaffen herstellen können: Sie hatten die Rohstoffe sowohl für Schwarzpulver als auch für bronzene Kanonenrohre ... was ihnen fehlte, war die Wissensbasis, dass ein solches Gerät möglich sein könnte.

Im Wesentlichen müssten sie die Sklaverei abschaffen – etwas, das sie nie getan haben.

Die gesamte "Wirtschaft" des Imperiums war auf einer solchen Institution aufgebaut, und wenn überhaupt, war ihre Marine sogar noch mehr darauf angewiesen als alles andere (außer vielleicht der Bergbau). Ihre Boote wurden mit Rudern bewegt, Segel waren nur eine Ergänzung (ihre Segel erlaubten nur die Navigation in Lee).

Dies schränkte ihren technologischen Fortschritt extrem ein. Da Sklaven keine Löhne verdienen, gab es keinen Druck, die Löhne durch Produktivitätssteigerung zu senken, so dass es sehr wenig Bedarf an technologischer Kreativität gab und noch weniger, um diese Kreativität in "wirtschaftliche" Unternehmen zu stecken. Außerdem können Sklaven normalerweise nicht ausgebildet werden, um ihre Fähigkeiten zu verbessern - es gab sicherlich erfahrene Sklaven in allen Berufen, aber dies hing von der Gefangennahme und Versklavung bereits erfahrener Handwerker ab, nicht davon, ungelernte Arbeiter zu fangen und ihnen dann einen Beruf beizubringen (außerdem wird es immer geben einige Unternutzung von Sklavenfähigkeiten - denken Sie an 12 Years a Slave, wo ein erfahrener Musiker versklavt wird, um völlig manuelle und ungelernte Arbeit zu verrichten). Wenn überhaupt, wuchs ein solches Problem zunehmend, da die ursprünglichen Quellen qualifizierter Sklaven – Griechenland und andere bereits „

Stellen Sie sich vor, Sie versuchen, den Besitzer eines römischen Handelsschiffs davon zu überzeugen, dass er seine bereits bezahlten Sklaven durch eine ebenso oder sogar teurere Maschinerie ersetzen sollte, die dann eine viel verbesserte Gruppe von Arbeitern benötigen würde, was er nicht leicht, wenn überhaupt, tun würde auf dem Sklavenmarkt beschaffen können, was wahrscheinlich zur Zahlung von Löhnen führt. Warum sollte er seine Macht (Maschinen und dann Löhne) doppelt bezahlen, wenn er eine bereits bezahlte Besatzung hätte?

In einem solchen Umfeld wurde nicht nur technologische Innovation gefördert, sondern noch mehr die Integration eventueller Fortschritte in das Produktivsystem. Das intellektuelle Kraftzentrum der klassischen Antike – das Museum in Alexandria – lieferte sicherlich einige Erfindungen, aber diese dienten der Militärtechnik, nicht der Verbesserung der Arbeitsbedingungen oder der Einsparung von Arbeitskräften in der Landwirtschaft, im Handwerk oder im Handel.

Eine soziale Revolution – die Abschaffung der Sklaverei – war also eine Vorbedingung. Ohne das, selbst wenn sie die technologische Fähigkeit hätten, ein Dampfschiff zu bauen, würden sie es bestenfalls als "Weltwunder" bauen - etwas Unpraktisches, gemacht, um die Menschen über die Macht und Macht ihres Imperiums zu verblüffen, nicht als etwas für den täglichen praktischen Gebrauch.

Die Druckpresse

Möglicherweise müssen Sie Ihre Römer zuerst die Druckerpresse erfinden lassen.

Es gab eine Menge Ideen, die umgesetzt werden mussten, bevor die Dampfmaschine realisierbar war, und der beste Weg, eine Anhäufung von Ideen auszulösen, besteht darin, eine Möglichkeit zu haben, diese Ideen niederzulegen und sie weit zu verbreiten.

Aber dann wäre die Frage, warum die Römer viele Bücher haben wollten. Vielleicht eine religiöse Bewegung, die sich um Bücher drehte. (Aber das ist geschehen.) Vielleicht könnten Bücher als Anleitung für die Gründung von Kolonien verwendet werden. Oder für Feldhandbücher für die Truppe. Oder der gepresste Druck könnte zur Herstellung einer großen Anzahl von Flugblättern für Propagandazwecke verwendet werden.

Archimedes

Was wäre, wenn Archimedes von den Römern gefangen genommen und nicht getötet wurde und er die Druckerpresse erfand? Das könnte Spaß machen.