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1发明创造建筑工程系第十二周课程2015年11月7日张毅副教授----发明创造启迪（三）气压计、真空泵的发明与演变。思考：气压装置及真空装置的应用。2主要内容1.视频案例；工业4.0之机器人1、2.1.水压机的发明；2.莱顿瓶的发明；3.蒸汽机的发明：4.课后练习；对同一案例（水压机、莱顿瓶、蒸汽机）的认知的不同意见。5.下一讲预告。3本次课程主题。4一、课程教学目标知识目标、技能目标、素质目标1.知识目标通过学习，对发明创造案例水压机、莱顿瓶、蒸汽机建立认知。2.技能目标通过学习，感知自己的认识能力。学会应用上述“二机一瓶”及其创新意识。3.素质目标通过案例，提高团队对事物的认知能力。提高对于自我的认识能力。达到职业规范和职业道德等综合素质和能力的培养目标重点（落实方案）：1.对发明创造案例即水压机、赖顿瓶、蒸汽机建立认知。2.对自我认识能力的再感知。难点（突破方案）；对自我认知能力的进化评估。建立创新式应用理念。5二、重点、难点6三、本次教学评估知识考核、素质考核、技能考核知识考核（20分）通过捡测：能够学会对于水压机、莱顿瓶、蒸汽机认识能力的自我评估。素质考核（20分）：通过分组合作捡测：通过案例提高团队认知能力的评估。技能考核（60分）：通过学习，发现自己的认识能力。描述创新应用设想。7观擦机器人自我识别的人工智能8读懂工业4.0，思考我们的任务与责任9思考；弯箍机带来的建筑施工、设计、预算、管理问题1795年，英国的J.布拉默应用帕斯卡原理发明了水压机,用于打包、榨植物油等。到19世纪中期,英国开始把水压机用于锻造，水压机遂逐渐取代了超大型蒸汽锻锤。到19世纪末，美国制成126000千牛自由锻造水压机。此后，全世界先后制造20余台10万千牛级的自由锻造水压机，其中中国制造的有2台（见彩图）。随着电动高压泵的出现和完善，锻造水压机也向较小吨位方向发展。20世纪50年代后出现了小型快速锻造水压机，可进行相当于30～50千牛锻锤所做的工作。40年代，德国制成180000千牛的巨型模锻水压机，此后全世界先后制成180000千牛以上的模锻水压机18台，其中中国制造的一台为300000千牛。10帕斯卡定律加在密闭液体上的压强可由液体按原来的大小，向各个方向传递。13工作行程大，在全行程中都能对工件施加最大工作力，能更有效地锻透大断面锻件，没有巨大的冲击和噪声，劳动条件较好，环境污染较小。水压机工作时的优点是力量大、施力缓慢均匀、无震动，因此被锻造的钢铁内部结构密实、有韧性、不易断裂。1795年，英国的J.布拉默应用帕斯卡原理发明了水压机。至19世纪中期，水压机逐步取代了超大型蒸汽锻锤。水压机根据用途可分为：①自由锻造水压机。用上、下锻砧和简单工具进行自由锻，主要用于单件、小批生产，一般采用立式上传动结构，有3个工作缸，在输入高压液体后，可获得3级不等的工作力。②模锻水压机。主要用于模锻飞机、航天器的铝、铝合金和镁合金锻件，以及不锈钢、特种合金钢、钛合金等各种高温、高强度合金锻件。③冲压水压机。用于厚板料在热态或冷态下的冲裁、拉深、折弯等工艺，在锅炉和容器制造中应用较多，通常为四柱立式和框架式结构。④挤压水压机。用于型材和零件的挤压，通常为卧式结构。17用液体作为工作介质传递压强以产生巨大工作力的锻压机械。液压机除用于锻压成形外，也可用于矫正、压装、打包、压块和压板等。液压机包括水压机和油压机。以水基液体为工作介质的称为水压机,以油为工作介质的称为油压机。液压机的规格一般用公称工作力（千牛）或公称吨位（吨）表示。锻造用液压机多是水压机，吨位较高。为减小设备尺寸，大型锻造水压机常用较高压强（35兆帕左右），有时也采用100兆帕以上的超高压。其他用途的液压机一般采用6～25兆帕的工作压强。油压机的吨位比水压机低。精细陶瓷的压力加工及现状注；高附加值精细、智能、功能陶瓷技术目前掌握再欧盟、日本、美国手上。我国规模化生产的陶瓷仍为低端、耗能的日用品陶瓷。请思考我们未来陶瓷的出路？20影响世界220多年的帕斯卡水压机原理，派生出液压、气动、伺服控制等现代工业技术。21油压机油压机汽车歧管粱液压成型液压站22水压机之自由锻造23水压机24莱顿瓶是荷兰物理学家马森布洛克在1745~1746年发明的，其结构可简述为；一个玻璃瓶，瓶里瓶外分别贴有锡箔，瓶里的锡箔通过金属链跟金属棒连接，并灌入一些水，棒的上端是一个金属球与摩擦起电机连接，手握瓶的外部，这就构成以瓶子玻璃为电介质的电容器鼻祖。开启了贮存电荷的第一步，当时电荷的产生是由旋转玻璃球与手摩檫来产生的，摩擦启电机在电学史上占有重要地位。2526事实上莱顿瓶的发明是经过真空泵发明人格里克的奇幻的硫磺球摩起电机、牛顿的玻璃球起电机（发现电的引力与斥力）、1720年英国人格雷发现电可以转移和传导性并分清了导电与绝缘体、法国人杜菲发现任何东西在一定条件下都可以带电并分清了有两种电、1745年德国的克莱斯特玻璃瓶中如果灌入水银或酒精效果更好、荷兰室验验家马森布洛克（莱顿大学物理学家）的莱顿瓶、法国电学家诺勒特改进了莱顿瓶即大大提高了莱顿瓶的电容量，促进了电容、电池的发展和电磁现象的研究。莱顿瓶的发明是众人创新的结果电、磁现象是大自然最重要的现象，也最早被科学家们关心和研究的物理现象，其中贡献最大的有来顿、富兰克林、伏打等科学家。19世纪以前，电、磁现象作为两个独立的物理现象被广泛的关注和研究。正是由于这些研究为电磁学理论的建立奠定了基础。28自制莱顿瓶试验效果莱顿瓶的后期效应；电磁场理论的建立奥斯特是谢林的信徒，从1807年开始研究电与磁之间的关系。1820年发现电流以力作用于磁针18世纪末期，德国哲学家谢林认为,宇宙是有活力的,而不是僵死的,认为电是宇宙的活力和灵魂；电、磁、光、热现象是相互联系的。安培发现作用力的方向和电流的方向以及磁针到通过电流的导线的垂直线方向相互垂直，并定量建立了若干数学公式。这表明，电流与磁之间存在着密切的联系。电磁场理论的建立法拉第相信电、磁、光、热是相互联系的。奥斯特1820年发现电流以力作用于磁针后，法拉第敏锐地意识到磁也一定能够对电产生影响。1821年他开始探索磁生电的实验1831年他发现；当磁捧插入导体线圈时；导线圈中就产生电流。这表明，电与磁之间存在着密切的联系。电磁场理论的建立麦克斯韦深入研究并探讨了电与磁之间发生作用的问题，发展了场的概念。在法拉第实验的基础上，总结了宏观电磁现象规律，引进位移电流的概念，提出了一组描述电磁现象的规律偏微分方程，即麦克斯韦方程组，建立了宏观经典电磁场理论。1855年：开始致力于电磁学的研究1864年：《电磁场的动力学理论》1873年：《电磁通论》著作完成1873年:经典宏观电磁场理论建立3．电磁场理论的发展和应用德国科学家赫兹,1887年用火花隙激励一个环状天线，用另一个带隙的环状天线接收，证实了麦克斯韦关于电磁波存在的预言，这一重要的实验导致了后来无线电报的发明。从此开始了电磁场和电磁波理论的应用与发展时代。无线电报(telegraph）1895年，马可尼进行了2.5公里无线电报传送1896年，波波夫进行了250米的电报传送试验1899年,跨越英吉利海峡电报传送试验成功1901年，跨越大西洋的3200公里的试验成功马可尼成为1909年的诺贝尔奖得主有线电话（telephone)1876年,美国科学家贝尔在美国建国100周年博览会上展示了他所发明的有线电话。广播(broadcasting)1906年，美国费森登用50千赫的发电机作发射机，用微音器接入天线实现调制，使大西洋航船上的报务员听到了广播播出的音乐。1919年第一个定时的无线电广播电台在英国建成。电视(televisionvideo)1884年，德国尼普科夫提出机械扫描电视的设想，1927年，英国贝尔德成功用电话线路把图像从伦敦传至大西洋中的船上。兹沃霄金在1923年和1924年相继发明了摄像管和显像管。1931年，世界上第一个全电子电视系统出现。雷达（Radar）雷达的英文RADAR是RadioDetectionAndRanging的缩写，意为无线电探测和测距1922年，马可尼发表无线电波能检测物体的论文，是雷达最早的概念。雷达作为一种探测目标的电子设备，产生于二次世界大战。1936年，英国设计警戒雷达投入了运行1938年，美国研制成第一部火炮控制雷达1940年，微波雷达的研制成为可能1944年，自动跟踪飞机的雷达研制成功1945年，显示运动目标的显示技术发明卫星通信(satellitecommunications)1958年,美国低轨“斯科尔”卫星发射成功1964年,同步通信卫星实现了三大洲的通信1965年,第一颗商用定点同步卫星投入运行1969年,卫星通信经历10年发展终趋于成熟卫星定位技术（NavigationSatelliteTimingandRanging/GlobalPositioningSystem－GPS）卫星定位技术－GPS1957年卫星发射成功后，以卫星为基地对地球表面及近地空间目标的定位和导航成为可能。1958年底，美国开始研究实施这一计划，于1964年研究成功子午仪卫星导航系统。1973年美国提出了由24颗卫星组成的实用系统新方案，即GPS计划，1990年最终的GPS方案是由21颗工作卫星和3颗在轨备用卫星组成。北斗定位系统北斗定位系统是我国建立的区域导航定位系统。北斗一代由三颗卫星、地面控制中心、用户三部分组成。功能为定位,通信和授时.北斗二代为全地定位系统,2011年完成系统组网，基本具备运行能力。2020年完成建设任务。法拉电容超级电容器是一种具有超级储电能力，可提供强大的脉冲功率的物理二次电源。它是根据电化学双电层理论研制而成的，所以又称双电层电容器。其基本原理为：当向电极充电时，处于理想极化电极状态的电极表面电荷将吸引周围电解质溶液中的异性离子，使这些离子附于电极表面上形成双电荷层，构成双电层电容。由于两电荷层的距离非常小（一般0.5mm以下），再加之采用特殊电极结构，使电极表面积成万倍的增加，从而产生极大的电容量。（地球的球导体电容量为708uF)4546超级电容器的问世实现了电容量由微法级向法拉级的飞跃，彻底改变了人们对电容器的传统印象。目前，超级电容器已形成系列产品，实现电容量0.5-1000F，工们电压12-400V，最大放电电流400-2000A。如第3课所述；一七六九年,瓦特把蒸汽机改成为发动力较大的单动式发动机。后来又经过多次研究,于一七八二年,完成了新的蒸汽机的试制工作。机器上有了联动装置,把单动式改为旋转运动,完善的蒸汽机发明成功了。4748早期石油抽取蒸汽机火力发电蒸汽机495051525354自行回顾案例、思考；工业4.0与机器人离我们有多远；水压机的新用途（工业4.0离不开液压系统）；莱顿瓶的新用途（收集大自然的能量）；蒸汽机的新用途（构思太阳能蒸汽发电机群建设、预算、管理）551.对课程案例的思考、发现案例新用途。2.对自己的发现能力、对事件的关注力、对自己的认知能力进行再认识。56下一讲新课预告：1.留声机的发明；2.激光器的发明；3.炸药。57没有人计划失败失败都是因为没有计划每个人都应有积极、进取的心态一个人成功的关键取决于他的心态59谢谢各位！BA