Denis Papin

Denis Papin
Fødd	22. august 1647 Chitenay
Død	26. august 1713 London
Nasjonalitet	Kongedømet Frankrike
Område	fysikk
Yrke	matematikar, fysikar, oppfinnar, universitetslærar, ingeniør, lege
Institusjonar	Christiaan Huygens Robert Boyle Robert Hooke Giovanni Ambrosio Sarotti Royal Society Philipps-Universität Marburg Hessen-Kassel
Alma mater	Université d'Angers Academy of Saumur
Medlem	Royal Society Det prøyssiske vitskapsakademiet Det franske vitskapsakademiet

Denis Papin (22. august 1647–1712) var ein fransk matematikar, fysikar og oppfinnar. Han er kjend for å ha funne opp og laga dampdrivne pumper, ei dampmaskin, ein hjuldampar, ein undervassbåt og ein trykkokar, pluss ei rekkje andre oppfinningar.

Denis Papin vart fødd i den vesle landsbyen Chitenay, i nærleiken av Blois i Frankrike. Han kom frå ein borgarleg familie og var elev ved ein jesuittskule, før han tok til å studera medisin ved Universitetet i Angers. Samstundes med medisinstudiane tok han til å interessera seg for fysikk. Han var ferdig utdanna lækjar rundt 1669 og eit par år etterpå tok han til å arbeida for Christiaan Huygens, som var direktør l'Académie des Sciences ved Louvrepalasset. Han hjelpte Huygens med krutmotoreksperimenta hans.

I 1673 tok han til å korrespondere jamleg med jamaldringen Gottfried Leibniz. Han arbeidde òg med vakuum og publiserte ei bok om emnet ^[1], der han beskreiv ei «maskin» for å lage vakuum. Metoden hans var billig, ettersom han ikkje nytta kvikksølv, som var dyrt. Han var godt kjend med metodane til René Descartes, var uvanleg oppfinnsam og god til å omsetta oppfinningane sine til praktiske apparat og maskiner.

Papin var kalvinist og på grunn av Nantes-ediktet flytta han rundt 1675 til London. Han hadde med seg ei tilråding frå Christiaan Huygens og fekk arbeid hjå Robert Boyle, som skjøna at Papin ville verta ein verdifull assistent i samband med studiar av eigenskapane til luft han arbeidde med. Det tok ikkje lang tid før Papin hadde konstruert både nytt utstyr for å generera vakuum og ein rakettmotor som nytta komprimert luft.

I 1679 hamna ei av oppfinningane til Papin, som han kalla «le digesteur» (fordøyaren), i rampelyset. Det var ein kraftig støypejarnsylinder som, på grunn av han var utstyrt med sikkerheitsventil, kunne settast under damptrykk utan at det var fare for at han eksploderte. Dette apparatet, som i dag, avhengig av bruksområdet, vert kalla autoklav eller trykkokar, gjorde det mogleg for Papin å utføra ein heil serie med ulike eksperiment ved trykk opp til 0.8 til 1 MPa, i samtida vart det rekna for svært høgt trykk.

Sjølv om Papin ved den tid ikkje hadde planar om storstilt framstilling av damp, fungerte apparatet langt på veg som ein dampkjele. Han såg fyrst og fremst på oppfinninga som eit middel for å lindra fattigdom, ettersom trykkokaren hans kunne nyttast for å koka seigt kjøtt slik at det var etande. Til og med bein let seg koka til ein slags gele som var etande. Men Papin var ingen forretningsmann, så han tente ikkje noko særleg på oppfinninga. Han publiserte ei bok ^[2] der han beskreiv «fordøyelsesmaskina». Etter boka kom ut fekk Papin eit namn i vitskapsmiljøet i London. Boyle fremja Papin som kandidat til å verta medlem av Royal Society, noko han vart i desember i 1680. Trass i Nantes-ediktet vart boka til Papin i 1682 òg utgjeven i Paris^[3].

Ein gong mellom 1682 og 1684 inviterte ein diplomat som heite Sarroti Papint Papin til Venezia for å bygga opp eit vitskapeleg akademi. På grunn av den ustabile politisk situasjon i Italia på denne tida returnerte han i 1684 til London og heldt fram med forskingsarbeidet sitt og oppgåvene i Royal Society. I denne perioden forska han på emne innan vatn, luft, konservering av mat, klesvask, osb. Den mest kjende oppfinninga hans frå denne tida er ei «maskin for å transportera vasskraft over store avstandar».

Arbeidsprinsippet var undertrykk (i samtida omtala som «overføring av tomheit til ein annan stad») og utstyret som Papin laga hadde ein styreventil som han kalla «kran med fire retningar». Denne kranen var eigentleg svært enkel og vart seinare nytta for å distribuera damp i dei fyrste dampmaskinane. Energioverføring ved hjelp av undertrykk vart seinare nytta for å overføra energi til små verkstader.

Etter å ha vitja Tyskland fleire gongar flytta Papin i 1688 til Marburg. Greven av Hessen hjelpte han slik at han fekk i stilling som professor i matematikk. Trass høge forventningar klarte han ikkje å interessera studentane sine korkje i matematikk eller pneumatikk. Litt etter litt forsvann studentane frå førelesingane hans. Men korkje denne motgangen eller pengenaud klarte å stogga utforskartrongen hans.

I 1690 publiserte han ein artikkel om korleis ein kunne oppnå store krefter ved å kondensera damp for å skapa vakuum i ein sylinder^[4]. Utstyret han eksperimenterte med var ein sylinder med diameter fire cm, med eit stempel, fig. 4. Han fylte vatn i sylinderen og plasserte han på elden. Når vatnet fordampa lyfta stempel ei last på opp til 30 kg. Stemplet kunne låsast i øvre posisjon. Når sylinderen, og dermed dampen i sylinderen, vart avkjølt kondenserte dampen til vatn att og atmosfæretrykket på utsida av stemplet førte til at det vart trykt innover med stor kraft. På denne måten var han i stand til å kontrollera krafta på ein, for denne tida, enkel måte. Han demonstrerte sylinderen for Otto Von Guericke ved at han synte at 16 mann ikkje klarte å halda att sylinderen ^[5]. Ettersom sylinderen fungerte både som kjele, arbeidssylinder og kondensator måtte han varmast opp og avkjølast ein gong per arbeidsslag, noko som førte til at verkningsgraden vart for låg til at maskina kunne nyttast til praktiske føremål. Maskina var likevel eit viktig steg i utviklinga av meir effektive dampmaskinar.

Det var dette prinsippet Thomas Newcomen tok utgangspunkt i då han i 1712 laga den fyrste praktiske dampmaskina. I 1690^[4] argumenterte Papin med at røyra til sylinderen kunne lagast med tynne og glatte veggar og at slike røyr òg kunne nyttast til mange andre føremål. I 1690^[4] beskreiv han òg korleis dampsylindrar kunne nyttast til å driva båtar med eit skovlhjul på kvar side av båten. Det han foreslo var med andre ord ein hjuldamparar. For å få jamn drivkraft ville han nytta fire sylindrar, som skulle drivast i sekvens, den eine etter den andre. Denne maskina var den fyrste som nytta damp til å skapa ein trykkdifferanse mellom dei to sidene av eit stempel for å utføra mekanisk arbeid, og vert av mange rekna som den fyrste stempeldampmaskina i historia.

I perioden 1690 til 1692 fekk Papin støtte av greven av Hessen til å arbeida med to ubåtar. Han førte dette arbeidet vidare i samband med at han eksperimenterte med «dykkarbåtar» for hollendaren Cornelis Drebbel. Den fyrste ubåten var ein kube laga av jarn, utstyrt med i luftpumpe, slik at farkosten kunne settast under trykk før ein dykka. Då han skulle demonstrera båten for hoffet enda det med ein katastrofe; båten var så tung at krana som skulle lyfta han velta og knusa ubåten, samstundes som han utsette tilskodarane for fare.

Mindre enn eit år etter dette var den andre ubåten han konstruerte ferdig. Han hadde då innført fleire viktige forbetringar i høve til den fyrste. Han beskreiv ubåten, som han kalla «Urinator» i ein artikkel i Actes des érudits de Leipzig. Han var utforma som ei oval tønne, som på grunn av forma kunne stå imot vasstrykket når han dykka, Fig. 5 og 6. Ei sentrifugalpumpe vart nytta til å pumpa lyft gjennom to koparrøyr frå ei bøye på overflata, slik at lufta i farkosten kunne fornyast. Eit barometer synte trykkforskjellen mellom lufta i ubåten og trykket på utsida. Ein av Leipniz sine medarbeidarar, som heite Haas, skeiv ein detaljert rapport frå testane av ubåten i mai 1692. Papin sjølv og ein modig assistent dykka med ubåten og fortok nokre undervassmanøvringar i Lahn, som er ei sideelv til Rhinen. «Urinator» var truleg den fyrste ubåten i historia.

Rundt 1695 fungerte Papin som personleg lækjar for greven av Hessen og flytta frå Marburg til slottet i Kassel, eller Cassel som byen heite på denne tida. Greven ynskte seg fontener og speglar, slik som Ludvig XIV hadde ved slottet i Versailles. Etter å ha tenkt seg litt om tok Papin på seg oppgåva. Han konstruerte ei vasspumpe etter modell frå Thomas Savery, som han kalla ei «maskin for å lyfta vatn», men ho fraus sund ein gong ho ikkje var i bruk. Han hadde òg problem med å få røyra til å tola trykket. Mellom dei mange andre konstruksjonane og oppfinningane til Papin kan ein nemna: ei pneumatisk sidepresse, hermetisering av fruktjus, ei vifte for å fornya lufta i gruver, ein kompressor, ein omn med lufttilførsel for å smelta glas, ei undervasslatrine for å tiltrekkja seg fisk, ein bakaromn med lufttilførsel, ein metode for å auka fordampinga av sjøvatn i samband med utvinning av salt, luftputer og luftmadrassar og ein pneumatisk granatkastar.

Han konstruerte ei dampmaskin òg ein hjuldampar som stod ferdig i 1704. Lite er kjent om korleis maskina var konstruert, men greven av Hessen, som var med på prøveturen saman med Papin, skal ha vore svært imponert.

I den siste publikasjonen sin^[6] beskreiv Papin ei vasspumpe som fungerte med «eldkraft». Papin bygde truleg på ei av oppfinningane til Thomas Savery, men i staden for å nytta atmosfærtrykket til å utføra arbeid nytta han overoppheita damp, som vart generert i ein kjele og ført gjennom eit røyr til ein arbeidssylinder, der eit stempel pumpa vatn frå eit lågtliggande til eit høgareliggande reservoar. Pumpa hadde tilbakeslagsventillar. Pumpa var plassert om lag på same nivå som vatnet som skulle pumpast og ei av desse pumpene vart installert i ein båt. Han foreslo òg å driva ein slipestein med eit vasshjul som vart drive med vatn under trykk frå ei slik damppumpe.

Papin hadde mange fiendar i Tyskland og dei vart etter kvart svært plagsame. Etter eit attentatforsøk der ein kanon eksploderte og fleire omkom, skreiv Papin i eit brev til Leibniz at han frykta for livet sitt om han vart verande i Tyskland og at ville flytta tilbake til London. I september 1707 lasta han tidleg ein morgon sakene sine om bord i ein hjuldampar og segla, saman med familien, ned Fulda frå Kassel til han kom til elva Weser, der han vart stogga av skipslauget i Hann. Münden og hamna i strid om passeringsrett. Etter nokre dagar med uvisse let dei Papin og familien hans segla vidare, men ombestemte seg, beslagla hjuldamparen og plukka maskina frå kvarandre.

Papin måtte reisa åleine til London, der han håpa på å få tilbake plassen i Royal Society of London, som han hadde forlate 20 år tidlegare. Det fekk han ikkje, for Boyle var død og Isaac Newton hadde hadde fått stor inflyting i Royal Society. Newton var i strid med Leibniz og ettersom han kjende til at Papin var ein ven av Leibniz ville han ikkje ha noko å gjera med han. Newton var venleg innstilt ovanfor Thomas Savery, men men synte forakt for dei tekniske oppfinningane til Papin. Han klaga over at mange av publikasjonane hans vart presenterte for The Royal Society of London i perioden 1707 til 1712, utan at han vart kreditert for arbeidet eller fekk betalt for det. Men Papin heldt likevel fram med å finna opp nye ting. I 1690 konstruerte han ei atmosfærisk dampmaskin, svært lik den som Thomas Newcomen laga i 1712. Han konstruerte eit lufteanlegg for leilegheiter, i tillegg til mange andre oppfinningar som han ikkje ville offentleggjera av di han var redd dei skulle verta stolne og utnytta av andre. Han tente dårlegare og dårlegare. Så godt som ingenting er kjent om Papin etter 1712 og ein veit ikkje sikkert når han døydde, men det må ha vore ein gong mellom 1712 og 1714.

• O'Connor, J.J. og Robertson, E.F., Denis Papin, School of Mathematics and Statistics, University of St Andrews, Scotland. (vitja 26/4-2008)
• Papin sin bibliografi og korrespondanse, Deutsche Nationalbibliothek. (vitja 26/4-2008)

Wikimedia Commons har multimedia som gjeld: Denis Papin