الجدول الزمني لتكنولوجيا المحركات الحرارية

يُبيّن هذا التسلسل الزمني لتكنولوجيا المحركات الحرارية كيف عُرفت هذه المحركات منذ القدم، وكيف تطورت لتصبح أجهزة ذات فائدة متزايدة منذ القرن السابع عشر مع ازدياد فهمنا للعمليات التي تنطوي عليها. المحرك الحراري هو أي نظام يحوّل الحرارة إلى طاقة ميكانيكية ، والتي يمكن استخدامها بعد ذلك لأداء شغل ميكانيكي . ولا يزال تطويرها مستمراً حتى اليوم.

في الهندسة والديناميكا الحرارية ، يقوم المحرك الحراري بتحويل الطاقة الحرارية إلى شغل ميكانيكي من خلال استغلال تدرج درجة الحرارة بين "مصدر" ساخن و" مستودع " بارد. تنتقل الحرارة من المصدر إلى المستودع، وفي هذه العملية يتحول جزء من الحرارة إلى شغل .

المضخة الحرارية هي محرك حراري يعمل في الاتجاه المعاكس. يُستخدم الشغل لخلق فرق في درجة الحرارة. يتضمن الجدول الزمني أجهزة مصنفة كمحركات ومضخات في آن واحد، بالإضافة إلى تحديد قفزات نوعية في فهم الإنسان.

• ما قبل التاريخ - مكبس النار الذي استخدمته القبائل في جنوب شرق آسيا وجزر المحيط الهادئ لإشعال النار.
• حوالي 450 قبل الميلاد - استخدم أرخيتاس من تارنتوم نفثًا من البخار لدفع طائر خشبي لعبة معلق على سلك. ^{[ 1 ]}
• حوالي عام 50 ميلادي - محرك هيرو الإسكندري ، المعروف أيضًا باسم إيوليبيل . يوضح الحركة الدورانية الناتجة عن رد فعل نفاثات البخار. ^{[ 2 ]}
• حوالي القرن العاشر الميلادي - طورت الصين أقدم الرماح النارية التي كانت أسلحة تشبه الرماح تجمع بين أنبوب من الخيزران يحتوي على البارود وقذائف تشبه الشظايا مربوطة برمح.
• القرن الثاني عشر الميلادي - الصين، أقدم تصوير لبندقية يظهر جسمًا معدنيًا وقذيفة محكمة التركيب تعمل على زيادة تحويل الغازات الساخنة إلى حركة أمامية. ^{[ 3 ]}
• 1125 – قام جيربرت، وهو أستاذ في مدارس ريمس، بتصميم وبناء آلة موسيقية تعمل بالهواء المتسرب من وعاء يتم ضغطه فيه بواسطة الماء الساخن. ^{[ 4 ]}
• 1232 – أول استخدام موثق للصواريخ . في معركة بين الصينيين والمغول. (انظر الجدول الزمني لتكنولوجيا الصواريخ والقذائف للاطلاع على تطور الصواريخ عبر الزمن).
• حوالي عام 1500 - قام ليوناردو دافنشي ببناء مدفع أركيتونير ، وهو مدفع يعمل بالبخار. ^{[ 5 ]}
• 1543 - قام بلاسكو دي غاراي، وهو ضابط بحري إسباني، بعرض قارب يتم تسييره بدون مجاديف أو شراع، مستخدماً رد الفعل الناتج عن تدفق الماء من غلاية كبيرة مملوءة بالماء المغلي. ^{[ 4 ]}
• 1551 - قام تقي الدين بعرض توربين بخاري ، يستخدم لتدوير سيخ الشواء . ^{[ 6 ]}

• 1629 – قام جيوفاني برانكا بعرض توربين بخاري . ^{[ 7 ]}
• 1662 – نشر روبرت بويل قانون بويل الذي يحدد العلاقة بين الحجم والضغط في الغاز عند درجة حرارة ثابتة. ^{[ 8 ]}
• 1665 – قام إدوارد سومرست ، الماركيز الثاني لوورسيستر، ببناء نافورة بخارية عاملة. ^{[ 9 ]}
• 1680 - نشر كريستيان هويغنز تصميمًا لمحرك مكبسي يعمل بالبارود ، لكنه لم يتم بناؤه أبدًا.
• 1690 - دينيس بابين - وضع تصميمًا لأول محرك بخاري يعمل بالمكبس.
• 1698 - قام توماس سافري ببناء مضخة مياه تعمل بالبخار بدون مكبس لضخ المياه من المناجم.

• 1707 - دينيس بابين - ينتج تصميم محركه البخاري الثاني ذي المكبس بالاشتراك مع جوتفريد لايبنيتز .
• 1712 - قام توماس نيومان ببناء أول مضخة مياه تعمل بالبخار ذات مكبس وأسطوانة، ناجحة تجارياً، لضخ المياه من المناجم. تُعرف هذه المضخة بالمحرك الجوي ، وتعمل عن طريق تكثيف البخار في أسطوانة لإنتاج فراغ يحرك المكبس بفعل الضغط الجوي.
• 1748 - قام ويليام كولين بعرض أول عملية تبريد اصطناعية في محاضرة عامة في جامعة غلاسكو في اسكتلندا.
• 1759 - استخدم جون هاريسون شريطًا ثنائي المعدن في ساعته البحرية الثالثة (H3) لتعويض التغيرات الناتجة عن تغيرات درجة الحرارة في نابض التوازن. يحوّل هذا الشريط التمدد والانكماش الحراري في مادتين صلبتين مختلفتين إلى شغل ميكانيكي.
• 1769 - حصل جيمس وات على براءة اختراع أول محرك بخاري جوي محسّن، انظر محرك وات البخاري مع مكثف منفصل خارج الأسطوانة، مما ضاعف كفاءة المحركات السابقة.
• 1787 – صاغ جاك شارل قانون شارل الذي يصف العلاقة بين حجم الغاز ودرجة حرارته. إلا أنه لم ينشره، ولم يُعرف إلا بعد أن طوره جوزيف لويس غاي لوساك وأشار إليه في عام 1802.
• 1791 – جون باربر يحصل على براءة اختراع فكرة التوربين الغازي .
• 1799 – قام ريتشارد تريفيتيك ببناء أول محرك بخاري عالي الضغط. وقد استخدم هذا المحرك قوة البخار المضغوط لتحريك المكبس.

• 1802 - قام جوزيف لويس جاي لوساك بتطوير قانون جاي لوساك الذي يصف العلاقة بين ضغط الغاز ودرجة حرارته.
• 1807 - قام نيسيفور نيبس بتركيب محرك الاحتراق الداخلي بيريلوفور الذي يعمل بوقود "الطحالب وغبار الفحم والراتنج" في قارب، وانطلق به في نهر الساون في فرنسا.
• 1807 - قام المهندس الفرنسي/السويسري فرانسوا إسحاق دي ريفاز ببناء محرك دي ريفاز ، الذي يعمل بالاحتراق الداخلي لخليط الهيدروجين والأكسجين، واستخدمه لتشغيل مركبة ذات عجلات. ^{[ 10 ]}
• 1816 - اخترع روبرت ستيرلنغ محرك ستيرلنغ ، وهو نوع من محركات الهواء الساخن .
• في عام 1824، قام نيكولا ليونارد سادي كارنو بتطوير دورة كارنو ومحرك كارنو الحراري الافتراضي المرتبط بها، والذي يُعد النموذج النظري الأساسي لجميع المحركات الحرارية . وقد أعطى هذا أول فهم مبكر للقانون الثاني للديناميكا الحرارية .
• 1834 - حصل جاكوب بيركنز على أول براءة اختراع لنظام تبريد بضغط البخار.
• في خمسينيات القرن التاسع عشر، وضع رودولف كلاوزيوس مفهوم النظام الديناميكي الحراري ، وحدد مفهوم الإنتروبيا على أنه في أي عملية غير قابلة للانعكاس، يتم تبديد كمية صغيرة من الطاقة الحرارية δQ بشكل تدريجي عبر حدود النظام.
• 1859 - قام إتيان لينوار بتطوير أول محرك احتراق داخلي ناجح تجارياً ، وهو محرك أحادي الأسطوانة ثنائي الأشواط مع إشعال كهربائي لغاز الإضاءة (وليس البنزين).
• 1861 - ابتكر ألفونس بو دي روشاس من فرنسا مفهوم محرك الاحتراق الداخلي رباعي الأشواط من خلال التأكيد على الأهمية التي لم تكن تحظى بالتقدير الكافي سابقًا لضغط خليط الوقود والهواء قبل الاشتعال.
• 1861 - نيكولاس أوتو يحصل على براءة اختراع لمحرك احتراق داخلي ثنائي الأشواط مبني على تصميم لينوار.
• في عام 1867، طرح جيمس كلارك ماكسويل التجربة الفكرية التي عُرفت فيما بعد باسم شيطان ماكسويل . وقد بدا هذا وكأنه ينتهك القانون الثاني للديناميكا الحرارية، وكان بداية فكرة أن المعلومات جزء من فيزياء الحرارة.
• 1872 - مضخة بخارية نبضية ، وهي مضخة بدون مكبس، حصل تشارلز هنري هول على براءة اختراعها. وقد استُلهمت من مضخة البخار سافري.
• 1873 - اخترع الكيميائي البريطاني السير ويليام كروكس مطحنة الضوء ، وهي جهاز يحول الحرارة الإشعاعية للضوء مباشرة إلى حركة دورانية.
• 1877 - تصور المنظر لودفيج بولتزمان طريقة احتمالية لقياس إنتروبيا مجموعة من جزيئات الغاز المثالي، حيث عرّف الإنتروبيا بأنها تتناسب مع لوغاريتم عدد الحالات المجهرية التي يمكن أن يشغلها مثل هذا الغاز.
• 1877 – نيكولاس أوتو يحصل على براءة اختراع لمحرك احتراق داخلي عملي رباعي الأشواط ( براءة اختراع أمريكية رقم 194047 ).
• 1883 - حصل صموئيل غريفين من باث بالمملكة المتحدة على براءة اختراع لمحرك احتراق داخلي بستة أشواط . ^{[ 11 ]}
• 1884 - قام تشارلز أ. بارسونز ببناء أول توربين بخاري حديث .
• 1886 - قام هربرت أكرويد ستيوارت ببناء النموذج الأولي لمحرك المصباح الساخن ، وهو محرك احتراق ضغط الشحنة المتجانسة الذي يعمل بالزيت، وهو مشابه لمحركات الديزل اللاحقة ولكن بنسبة ضغط أقل ويعمل على خليط من الوقود والهواء.
• في عام 1887، ناقش اللورد رايلي الإمكانية النظرية لمحرك حراري صوتي قادر على تحويل فرق درجة الحرارة مباشرةً إلى حركة ميكانيكية باستخدام الموجات الصوتية فقط. وكان أنبوب رايك قد أثبت ذلك بالفعل في عام 1859.
• في عام 1892، حصل رودولف ديزل على براءة اختراع محرك الديزل ( براءة الاختراع الأمريكية رقم 608,845 )، حيث تولد نسبة الضغط العالية غازًا ساخنًا يقوم بدوره بإشعال الوقود المحقون . وبعد خمس سنوات من التجارب وبمساعدة شركة مان، تمكن من بناء محرك ديزل عامل في عام 1897.

• في عام 1910 تقريبًا، ابتكر مخترع مجهول لعبة " الطائر الشارب " ، وهي لعبة طائر تتأرجح باستمرار على محور بفعل تبخر وتكثيف سائل متطاير. ويُحدث طرف اللعبة المبلل والطرف الجاف فرقًا طفيفًا في درجة الحرارة نتيجة تبخر الماء.
• في عام 1909، قام الفيزيائي الهولندي هايك كامرلينغ أونيس بتطوير مفهوم المحتوى الحراري لقياس العمل "المفيد" الذي يمكن الحصول عليه من نظام ديناميكي حراري مغلق عند ضغط ثابت.
• 1913 - حصل نيكولا تيسلا على براءة اختراع توربين تيسلا القائم على تأثير الطبقة الحدية .
• 1926 - أطلق روبرت جودارد من الولايات المتحدة أول صاروخ يعمل بالوقود السائل .
• 1929 - حصل فيليكس وانكل على براءة اختراع محرك وانكل الدوار ( براءة الاختراع الأمريكية رقم 2,988,008 ).
• 1929 - قام ليو زيلارد ، في تحسين لسيناريو ماكسويل الشيطاني الشهير ، بتصور محرك حراري يمكنه العمل بالمعلومات وحدها، والمعروف باسم محرك زيلارد .   
• 1930 - حصل السير فرانك ويتل في إنجلترا على براءة اختراع أول تصميم لتوربين غازي للدفع النفاث .
• 1933 - اخترع الفيزيائي الفرنسي جورج جيه ​​رانك أنبوب الدوامة ، وهو جهاز لتدفق السوائل بدون أجزاء متحركة، يمكنه فصل الغاز المضغوط إلى تيارات ساخنة وباردة.
• 1935 - ابتكر رالف إتش فاولر عنوان " القانون الصفري للديناميكا الحرارية " لتلخيص المسلمات التي وضعها الفيزيائيون السابقون بأن التوازن الحراري بين الأنظمة هو علاقة متعدية .
• 1937 – هانز فون أوهين يبني توربينًا غازيًا
• 1940 - قام المجري بيلا كارلوفيتز، الذي كان يعمل لدى شركة وستنجهاوس في الولايات المتحدة، بتسجيل أول براءة اختراع لمولد مغناطيسي هيدروديناميكي ، والذي يمكنه توليد الكهرباء مباشرة من غاز ساخن متحرك.
• 1942 - حصل آر إس غوغلر من شركة جنرال موتورز على براءة اختراع فكرة الأنبوب الحراري ، وهي آلية لنقل الحرارة تجمع بين مبادئ كل من التوصيل الحراري وانتقال الطور لإدارة نقل الحرارة بكفاءة بين سطحين صلبين.
• الخمسينيات - قامت شركة فيليبس بتطوير جهاز التبريد ستيرلينغ الذي يعمل بدورة ستيرلينغ والذي يحول الطاقة الميكانيكية إلى فرق في درجة الحرارة.
• في عام 1957، قام ف. ويلسون بأول عرض عملي لمحول حراري أيوني يعمل بقوس كهربائي باستخدام بخار السيزيوم . تعمل الإلكترونات المنبعثة من مهبط ساخن كسائل عامل يتكثف على مصعد بارد، مما ينتج تيارًا كهربائيًا. وقد تم عرض العديد من تطبيقاته في العقد التالي، بما في ذلك استخدامه مع مصادر الحرارة الشمسية ، والاحتراق ، والنظائر المشعة ، والمفاعلات النووية . ^{[ 12 ]}
• 1959 -  قام كل من Geusic و Schultz-DuBois و Scoville من مختبرات Bell Telephone في الولايات المتحدة الأمريكية ببناء جهاز ليزر ثلاثي المستويات يعمل كمحرك حراري كمي يستخرج العمل من فرق درجة الحرارة بين حوضين حراريين.
• 1962 - اكتشف ويليام جيه. بوهلر وفريدريك وانغ سبيكة النيكل والتيتانيوم المعروفة باسم نيتينول والتي تتمتع بذاكرة شكلية تعتمد على درجة حرارتها.
• 1962 - أعاد نيكولاس روت فتح موضوع المحركات الحرارية الصوتية التي وصفها اللورد رايلي في عام 1887 وقدم تحليلاً نظرياً كاملاً أدى إلى التطور التكنولوجي وجهاز عملي تم حمله على متن مكوك الفضاء في عام 1992.
• 1992 - تم بناء أول مولدات مغناطيسية هيدروديناميكية عملية في صربيا والولايات المتحدة الأمريكية.

• 2011 – قام شويتشي تويابي وآخرون بعرض محرك زيلارد عامل باستخدام مجهر تباين الطور مزود بكاميرا عالية السرعة متصلة بجهاز كمبيوتر. ^{[ 13 ]}
• 2011 - قامت جامعة ولاية ميشيغان ببناء أول محرك قرصي موجي . وهو محرك احتراق داخلي يستغني عن المكابس وعمود المرفق والصمامات، ويستبدلها بمولد موجات صدمية على شكل قرص. ^{[ 14 ]}
• 2019 - تم عرض محرك حراري كمي عامل يعتمد على نظام الدوران 1/2 وتقنيات الرنين المغناطيسي النووي من قبل روبرتو سيرا وآخرين في جامعات واترلو ، والجامعة الفيدرالية لـ ABC والمركز البرازيلي للبحوث الفيزيائية . ^{[ 15 ]}
• 2020 - قام مهندسون في مختبر الأجهزة المتقدمة التابع لمعهد ريكين بعرض جهاز نانوي يمكنه العمل إما كمحرك حراري أو كثلاجة باستخدام التأثيرات الكمومية. ^{[ 16 ]}

الجداول الزمنية ذات الصلة:

• التسلسل الزمني لتكنولوجيا الصواريخ والقذائف - يمكن اعتبار الصواريخ محركات حرارية. يتم تحويل حرارة غازات العادم الخاصة بها إلى طاقة ميكانيكية.
• تاريخ الديناميكا الحرارية
• تاريخ محرك الاحتراق الداخلي
• الجدول الزمني لتكنولوجيا المحركات والآلات
• التسلسل الزمني للطاقة البخارية
• الجدول الزمني لتكنولوجيا قياس درجة الحرارة والضغط

للاطلاع على التسلسل الزمني لجميع التقنيات البشرية، انظر:

• الجدول الزمني للاختراعات التاريخية