工业革命蒸汽机时代.ppt

第五讲 蒸汽时代 第一次工业革命,18世纪科学相对停滞，但上一世纪的科学成果转化成技术成果，出现了人类历史上第一次工业技术革命。 所谓科学相对停滞，是说物理学和天文学没有突出的进展，生物学和地学仍停留在搜集和整理材料阶段。只有化学取得了重大成果，即拉瓦锡的“氧化燃烧学说”。,技术发明与英国产业革命,产业革命即工业技术革命：它表现在以机器代替人力、以大规模工厂生产代替个体工场手工生产，在生产力和生产关系方面均发生巨大的变革。正是一大批新机器的发明和运用，使劳动生产率大幅提高，使工业发展突飞猛进。,英国是第一个迈进现代社会的国家，在18世纪和19世纪，它是世界发展的领头羊。自豪的英国人曾经以“日不落帝国”来形容自己的国家，因为在19世纪末，它的殖民地遍及亚洲、非洲、美洲、大洋洲所有大陆板块，总面积达930万平方公里，统治着世界上三亿多的人口。 究竟是什么原因，让这个原本在海洋中安详飘荡的小岛，孕育了超凡的能量，改变了自己，也影响了世界呢？,英国的崛起,1558年伊丽莎白一世继承王位时，从英吉利海峡的那一边，不断传来西班牙和葡萄牙航海探险家成功发财的消息。这些消息，是一个即将全面来临的时代，对懵懂的人们发出清晰信号。它意味着：在一个刚刚被重新发现的世界面前，谁能抢到先机，接受新思想，谁更快地打破旧有的价值观念，谁就会更快地变得富有和强大。在新世界的游戏规则里，赢得海洋比赢得陆地更为重要。,历史给每个民族腾飞的机遇都是有限的。伊丽莎白一世没有错过时机。英格兰的任何一个地方距离海洋都不超过120公里，女王认为可以利用这个天然优势，发展海洋贸易。但是这无异于从西班牙人那里虎口夺食。伊丽莎白一世十分清楚对手的实力，她不希望在公开对抗中输给西班牙。,因此女王鼓励私掠船、海盗，像雷利和德雷克等人去扩大英国贸易，开拓殖民地，如弗吉尼亚(英国初期在北美建立的殖民地 )，甚至袭击西班牙的贸易。如果他们和西班牙发生冲突，女王否认和他们有关，并且说他们是违反政府官方政策的。这样，女王可以不牵扯到一些海军行动，但却积极鼓励他们，因为她把它看做发展国家的一种方式。,1580年，普利茅斯人弗兰西斯德雷克成为世界上第一个亲自完成环球航行的人，在历时三年的航行中，德雷克的船队不仅掠夺了南美的西班牙殖民地，还袭击了西班牙在欧洲的港口。满载而归的德雷克给投资者带来了4700倍的利润。伊丽莎白一世作为资助者之一分到16.3万英镑的红利，几乎相当于当时政府一年的支出。高贵的女王亲自来到德雷克的坐舰上，隆重授予德雷克这位职业更准确地说是海盗的人骑士称号。,同胞的成功和女王的鼓励，撑起了英国人远涉重洋的信心，越来越多的人前赴后继地加入到海外掠夺和贸易的行列中。 但是，这些新加入的竞争者，显然抢走了当时世界上最大的帝国西班牙的利益。一次次的争夺和冲突之后，西班牙国王菲利普二世被彻底激怒了。1588年夏天，他派出自己所向披靡的拥有130艘战船、8000名水手和两万名士兵的无敌舰队，以遮天蔽日的骇人威势，横渡英吉利海峡，进攻英国。,伊丽莎白一世试图通过谈判化解危机，但菲利普二世却面带冷笑，他坚信：无敌舰队两周后就会宣布英国人的败局。 然而，两周后的局势却恰恰相反。无敌舰队遇到了大西洋上最强劲的对手，那是一支由商船和海盗组成的小型舰队。英国舰队虽然规模小，但它拥有更先进的火炮，再加上气候原因，英国舰队利用灵活机动的特点，在战争当中反而占据了优势。,“英西大海战”是人类历史上最重要的海战之一,几天激战，西班牙无敌舰队一半沉入海底，一半奔逃回家。由于没有全歼对手，英国舰长们还有些失望。但事实上，这次胜利的意义远远超出他们的想象。 此次胜利极大地振奋了英国人的士气，回顾历史，它确实标志着17世纪英国海上力量的崛起，自此，西班牙的霸权开始向英国转移。无敌舰队惨败后50年间，西班牙仍保持着大国地位，但根基已动摇。,英国英西海战的胜利，是一次以弱胜强的胜利，它再一次显示了在王权统治下民族国家的力量。长期处在欧洲主流文明之外的岛国，第一次以强国的姿态向欧洲大陆发出了声音，并迅速进入世界海洋霸权和商业霸权的争夺中心。 西班牙慢慢退出历史的主要舞台，一个新的海上强国初露峥嵘。,英国在16世纪末还是一个人口很少的小国。它的强大最终是通过商业和殖民地的经济扩张。西班牙、荷兰人和后来的法国人都挡了它的路。英国必须用它的海军，挑战这些国家的权威和力量，争夺他们的殖民地和贸易。 在欧洲以及英国社会由中世纪向现代社会转变的过程中，强有力的君主制是关键（对于这些国家是有益的），因为他们是爱国主义的核心，能给予国家明确的领导。,从1588年的大海战，到1688年的光荣革命，整整一个世纪，英国一方面调整内部制度，一方面积极对外扩张。百年积蓄之后，开始释放能量。光荣革命（英国人赶走詹姆士二世、建立君主立宪制的革命，没有发生流血，被历史学家称为“光荣革命”）前后的英国，人口大量增长，商业和手工工业迅猛发展，对外贸易成为越来越重要的国计民生。,经过三次英荷战争，英国最终迫使荷兰接受航海法。航海法规定：输入英国及其属国的货物，必须使用英国船只或输出国船只。从此，荷兰船只逐渐退出驰骋了近一个世纪的茫茫海域。在打败西班牙、葡萄牙之后，英国人将海上马车夫荷兰也赶下海上霸主的位置。现在，轮到英国人来制定海洋竞争和大国竞争的规则了。此时，在英国人眼里，除了陆地霸主法国，其他国家已不是对手。,从1688年以后，虽然英国还不是一个民主国家，但它是一个开放的社会，思想很容易向更广范围的人群传播。民众如果感觉合适就可以发展他们的经济生活。这是一项伟大的成就，而英国是世界上第一个取得这一成就的国家。,环顾当时世界，法国正处在君主专制的鼎盛时期；俄国的彼得大帝还在南征北战，建立专制帝国；德国和意大利则四分五裂，人民正期待着强有力的王者出现；在亚洲，日本还在被封建幕府制度束缚；而中国，大清王朝268年的江山才刚刚坐了44年。 但是英国，这个地处边缘的小国，却在历史性的转变中抢占了先机，已率先到达现代文明的入口处，即将一步步稳健地走向世界的中心。,伊丽莎白一世是个威权主义的君主，但却不是一个暴君，也不是一个为所欲为的人。她试图在公认的法律和常规下统治。 在她45年的治国生涯里，这位善于协调各种关系的女王没有滥用自己权力和威望，她终身节俭，不轻易战争。当王权与议会发生矛盾时，她总是会根据情况做出必要的让步。 1603年，80岁的伊丽莎白一世去世。为避免政治联姻伤害国家利益，女王终生未婚，孤独地走完了一生，却留下了一个国力日盛、处于上升态势的英国。,持续的海外扩张和殖民贸易，带动了对商品的需求；科学意识和市场意识，提高了英国人的认识水准。在各种合力下，英国成为世界上第一个工业化国家，开创了影响深远的自由主义经济模式，建立起一个地跨全球的“日不落帝国”，在18世纪中期到19世纪中期，引领世界的发展。那么，工业的先声为什么会出现在英国？对于这个岛国来说，高速的工业化发展进程又意味着什么呢？,殖民扩张和海外市场的成熟，使各种商品的需求量越来越大，以手工工场为支撑的生产能力变得捉襟见肘。为了能经受住这种考验，几乎整个英国都被动员了起来。一位英国棉纺主，从他在伦敦的经理人那里得到信息：“无论你能生产多少平纹布，好的次的我们都要。” “你必须想办法发明，在工业中你们大有可为，”,纺织业的发展,市场上如黑洞般的迫切需求，首先出现在纺织业，因为这个行业与普通人的生活最密切相关。毛纺织业是英国的传统手工业，而棉纺织业是新兴工业。英国社会十分喜爱棉布，一直从印度进口，这使传统的毛纺织业受到冲击。为了拯救传统产业，国会于1700年颁布禁止外国棉布进口的法令。但这并没有改变英国人对棉布的喜好，却给了本国的棉纺织业以发展机会。,1750 1775 1800 1825 1850 1875 1900,1733 飞梭,1765 珍妮机,1769 水力纺纱机,1779 骡机,1705 纽卡门蒸汽机,1769 瓦特蒸汽机,1781 蒸汽汽车,1807 富尔顿轮船,1826 火箭号机车,工作机,动力机,蒸汽时代,第一次工业革命,纺织分纺纱和织布两个环节。1733年，约翰凯发明了飞梭，改进了织布技术。织布速度变快，纺纱便显得慢了（纱荒）。 生产的要求直接推动发明。1751年，皇家学会悬赏征求“发明一架出色的能同时纺6根棉纱或麻线而只需一人照管的机器”。,第一次工业革命,1765年，詹姆斯哈格里沃斯（纺纱工人、木工）发明了锭子垂直放置的“珍妮机。一次纺纱中，他不慎弄翻纺车，发现翻倒的纺车依然还在转动，这启发他搞出了立式多滚轮纺纱机。一开始他安装了8根锭子，后来扩展成80根。用他女儿的名字命名了这种纺纱机。,珍妮机,珍妮机带动的纺锭日益增多，以人力为动力越来越难以胜任。,手摇纺纱机,水平单锭改造成 竖直多锭纺车,纱线不够结实，质量差。,1769年，英国钟表 匠阿克莱特发明了水力 纺纱机。纺出的纱坚韧 结实，但比较粗。此后 不久，英国第一家用水 带动纺纱机运转的棉纺厂便出现了 。 但一旦天气干旱，河流枯竭，就不能运转了。,水力纺纱机 阿克莱特,1792年，在曼彻斯特建立了2座骡机纱厂，1802年，又发展到52座。 骡机的出现，标志着纺纱机革新的初步完成，纺纱的生产效率进一步提高。,1779年，童工出身的发明家克伦普敦综合珍妮机和水力纺纱机的优点，发明了新的走锭纺纱机，称为“骡机”（意即混合机）。可同时纺400枚纱锭。,第一次技术革命：蒸汽机时代,因为水力受季节和地区影响，人力和畜力更受生理上的限制。此外，当时的燃料矛盾也对动力提出了要求。因为煤的开采主要是井下作业，涉及深井排水和通风问题。过去矿井一般用马作动力，排水很不方便。,蒸汽机时代,当时人们用马拉辘轳推动水泵抽排矿井深处的水。16世纪德国有个矿井的水泵，需要93匹马来拖动。到17世纪末，英国有些矿井用来抽水的马匹竟多达500匹之多。,在这种情况下，制造一种能产生巨大、稳定的动力机械装置，成了当时技术革命的重大课题。于是，以瓦特改进的蒸汽机为代表的动力机就应运而生了。 正如马克思所说的“正是由于创造了工具机，才使蒸汽机的革命成为必要。”,蒸汽机时代,近代第一个利用蒸汽作为动力的实验者，是法国工程师巴本（惠更斯的学生）。1688年，他用一个圆筒和活塞制造出简单的蒸汽机（蒸煮器），是现代人们常用的高压锅的前身。 1690年，巴本应用气缸和活塞，通过杠杆提起重物，制成第一台单缸活塞式蒸汽机。,蒸汽动力机的发明将工业革命推向纵深,1698年，英国人塞维利（军事工程师）发明了第一部能用于生产的蒸汽机（蒸汽泵）。他去掉了巴本的活塞，直接靠蒸汽冷却造成真空把水从矿井中吸上来，然后再用蒸汽将水压到矿井外面。但由于受到当时技术条件所限，难以加大锅炉的蒸汽压力，排除深井积水时遇到困难，燃料消耗也大，不能在矿山普遍推广。,纽可门 (1663-1729) 英国工程师,他发明的常压蒸汽机是瓦特蒸汽机的前身。 纽可门蒸汽机综合巴本机汽缸活塞和塞维利机真空冷凝器的优点，发明了大气机，主要靠大气压力做功。,纽可门蒸汽机,纽可门机虽然热效率低，只能做往复运动，却作为发动机不受挑战地广泛应用60多年，在瓦特蒸汽机发明后很长时间 还在使用。 纽可门蒸汽抽水机， 用于煤矿抽水和农田灌溉。 不仅消耗大量燃料，而且 只能用于抽水，需要发明 一种能用于带动各种机器 的动力机。,1715年纽可门蒸汽机,瓦特生于苏格兰一个工人家庭，从小饱受贫穷和疾病折磨。他的父亲是一个经验丰富的木匠，祖父和叔父都是机械工匠。他一直坚持自学，很早就对物理和数学产生兴趣。十几岁来到伦敦当学徒，学习机械制造。,瓦 特 (1736-1819),瓦特与蒸汽机的改进,1756年，瓦特在格拉斯哥大学谋得一个机修工的职位（教学仪器的工人）。在那里，他认识了著名的物理学家布莱克，学到许多热学知识。与此同时，他在思考如何改进纽可门蒸汽机。还为此学会了意大利文和德文。,瓦特与蒸汽机的改进,1764年，瓦特修理一台纽可门蒸汽机时，发现两大缺点：活塞动作不连续而且慢；蒸汽利用率低，浪费原料（大约 4/5 的蒸汽消耗在重新加热气缸上。为了产生真空，每完成一个冲程，都要用冷水将汽缸冷却一次，从100oc降到20oc，然后再加热到100oc）。,瓦特与蒸汽机的改进,1765年的春天，瓦特在一次散步时想到，既然热效率低是蒸汽在缸内冷凝造成的，那么为什么不能让蒸汽在缸外冷凝呢？瓦特产生了采用分离冷凝器的最初设想。,瓦特与蒸汽机的改进,1769年瓦特的第一台蒸汽机,1769年瓦特制造出第一台样机。他因发明冷凝器而获得第一项专利。 第一台带有冷凝器的蒸汽机虽试制成功，但与纽可门蒸汽机相比，除了热效率有显著提高外，在作为动力机来带动其他工作机的性能方面仍未取得实质性进展。,1781年他研制出一套被称为“太阳和行星”的齿轮联动装置，把活塞往返的直线运动转变为齿轮的旋转运动。为使圆周运动更加均匀，瓦特还在轮轴上加装了一,个飞轮。瓦特的这种蒸汽机真正成为了能带动一切工作机的动力机。 1781年底，瓦特以发明带有齿轮和拉杆的机械联动装置获得第二个专利。,1782年，瓦特试制出带有双向装置的新汽缸。由此获得第三项专利。 把单项汽缸改成双向汽缸，并首次由低压蒸汽变为高压蒸汽引入汽缸。,通过这三次技术飞跃，纽可门蒸汽机完全演变为瓦特蒸汽机。,瓦特与蒸汽机的改进,1784年，瓦特以带有飞轮、齿轮联动装置和双向装置的高压蒸汽机的综合组装取得了第四项专利。,1788年，瓦特发明了离心 调速器和节气阀；1790年，他又发明了汽缸示工器，至此，瓦特完成了蒸汽机发明的全过程。,瓦特与蒸汽机的改进,1783年瓦特对一匹强壮的马作了试验，确定它能在一秒钟内将150磅的重物提升约4英尺，因此他将一马力规定为每秒550磅英尺。 这个单位现在仍然使用。而为了纪念这位苏格兰工程师，公制单位的功率单位称为瓦特。,瓦 特,1785年，瓦特当选为英国皇家学会会员。 1814年，他被法国科学家学会接纳为外国会员。 1790年后，优厚的专利税使瓦特成为有钱的名人。 1819年8月5日，瓦特在家里去世，遗体埋葬在汉德沃尔斯郊区的教堂里。,瓦 特,蒸汽机时代,1876年美国费城博览会上展出的蒸汽机,现存最古老的机动车,这幅图描绘的是法国陆军工程师居纽设计的蒸气动力牵引车，于1781年制造完成，是现存最古老的机动车，现藏于巴黎工艺美术馆。,蒸汽机是人类继发明用火之后，在驯服自然力方面取得的最大成果。有了蒸汽机，工厂不必再建在水流湍急的地方。大规模生产不仅成为可能，而且成为必要。纺织业、采矿业和冶金业迅猛发展，机器制造业也繁荣起来。工厂的大量出现，使原来恬静的田园生活被打破，历史跨入一个新时代蒸汽机时代。,恩格斯高度评价瓦特改良蒸汽机的重大意义和作用，他指出： “蒸汽机是第一个真正国际性的发明，瓦特把它加上了一个分离的冷凝器，这就使蒸汽机在原则上达到了现在的水平。而这个事实又证实了一个巨大的历史性进步”。 恩格斯自然辨证法,蒸汽机的发明产生许多负面后果。19世纪曾经宁静的农村变得浓烟蔽日，臭水横流。,庞大的机器一刻不停地转，这位工人弯着腰，以固定的方式用扳手拧紧螺母。他实际上变成了一个零件，失去了自己的思维。虽然创造的财富增加了，工人们却失去了手工业时代曾经有过的自由。,美国工程师菲奇（1743-1798） 第一个将蒸汽动力用于船运。1785年将瓦特刚推出的双向式蒸汽机装在帆船上，花了三年功夫，终于筹到资金和有关专利转让证书，并造出四艘第一代汽船。不幸汽船操作经常失灵，乘客很少。1792年又被一场暴风雨摧毁。菲奇到法国求援，没能得到支持，沮丧回国，1798年愤而自杀。,蒸汽机的应用汽船,蒸汽机的应用汽船,19世纪蒸汽机的改进使汽船大为普及。重要的研制成果包括附加了1个汽缸的复合式发动机，以及有3个汽缸的三胀式发动机。,1797年，富尔顿前往法国学习绘画，在那里他设计制成一艘长6米，宽2米的潜艇，起名为“鹦鹉螺”。 1802年，富尔顿到伦敦学习绘画，结识了蒸汽机的发明人瓦特。,富尔顿 美国人 1766-1815,“鹦鹉螺”号潜艇,1803年，富尔顿回到巴黎，在塞纳河上又建成一艘船。可就在准备试航的前一天，狂风将船打成两截，沉入了河底。,1806年12月8日富尔顿回到纽约，设计了“克莱蒙特”号，并对其进行改进。1807年8月17日，“克莱蒙特”号在哈得逊河首次试验，从纽约到奥尔巴尼。轮船长40.5米，两侧各有一个大水车式的轮子，上面立着一个直冒黑烟和火星的大烟囱。航速4.7节。,“克莱蒙特”号,世界第一艘投入运输的木壳明轮船“克莱蒙特“号,“克莱蒙特”号通过曲柄连杆系统及减速装置带动明轮叶片拨水。试航成功后，经改造后在哈得逊河运输服务若干年，成为世界第一艘投入商业运输的木壳明轮船。,发动机功率2马力 汽缸直径24英寸 活塞冲程48英寸 明轮直径4.61米 每一明轮8张叶片 （ 1.3米0.6米）,美国发明家本杰明富兰克林建议以喷气为推进力，水从船前部吸进，从后部推出。 另一个先驱者是美国人詹姆士鲁姆西，他与富兰克林同时从事这一研究。设计了一艘由蒸汽传动的桨来推进轮船。 1819年美国蒸汽帆船“萨凡纳号”利用蒸汽动力横渡大西洋。,1838年英国商船“天狼星号”完全利用蒸汽动力横渡大西洋。 1792年，美国人约翰史蒂文斯取得用蒸汽机推动轮船的新方法的专利，1804年造出具有叶螺旋桨的“利特尔朱莉安娜”号轮船。1807年造出一只带轮桨的“菲尼克斯”号轮船，实现了从纽约到费城的海上航行。这是蒸汽轮船首次在海上航行。,这是美国“大西方号”轮船。1838年，它单靠蒸汽机推动，横渡大西洋，只用了15天。,埃里迪号螺旋桨轮船 （美国）,1858年，英国船舶设计家金多姆布鲁纳造出一艘全部用铁的“大东方号”轮船（重18000吨，装有5000马力发动机，船长 213米，宽6米，载客4000名，同时载煤12000吨），应用螺旋桨和明轮推动。“大东方”表明用金属制造大吨位轮船的可能性，它在大西洋上航行了几年，后用于大西洋铺设海底电缆。,金属轮船,1850年到1880年的30年中，铁船进入黄金时代。 从1879年制造出第一艘钢船“罗特马哈”号，到1881年，在建汽船有80采用钢，钢船时代开始了。,金属轮船,铁路与火车,18世纪前半期在矿山出现了铁路。 1769年法国人居纽造出第一辆用蒸汽机推动的三轮车。 1787年英国工程师默多克发明了用蒸汽机推动的无轨火车。 第一辆真正意义的火车是英国的特里维西克制造的。 斯蒂芬逊（1781-1848）的 蒸汽火车获得真正成功。,1803年，英国机械工程师特里维西克制造了世界上第一台铁路蒸汽机车。图为他名片