科学技术史（第2版） 第二篇 课件 第十六章 工业时代的技术发展

第十六章工业时代的技术发展目录蒸汽机的早期发展纺织机器的革命蒸汽机的完善机器制造机器印刷的机械化火车和轮船的出现内燃机、汽车及其影响与化学有关的工业电机、电灯和输电电报、电话和留声机蒸汽机的早期发展16世纪意大利人毕林古齐的《烟火术》和德国人阿格里科拉的《金属学》描述了欧洲地区的技术状况。1579年，法国里昂印行了《博学的数学家雅克·泊松的数学和力学仪器》一书，内容包括仪器、螺丝机床、唧筒、武器等的设计制造，设计中广泛应用了螺杆和涡轮。1588年，巴黎出版了《阿果斯提诺拉梅利上尉的各种精巧的机械装置》一书，作者曾在达·芬奇的指导下学习过，对齿轮系统、旋转运动向往复运动的转变都十分熟悉。法国人帕平发明了带安全阀的蒸煮器。丹尼斯·帕平英国人胡克在知道这个发明后马上认识到，靠冷凝蒸汽可以得到真空。此后，英国的军事工程师萨弗里（1650—1715）成功地设计出了可用于矿井抽水的蒸汽机。这种机器没有活塞，靠蒸汽冷缩产生的负压抽水，需要安装在井下，锅炉需要3个大气压，容易产生爆炸。尽管萨弗里称它为“矿工之友”，但它既昂贵又危险。1705年，英国铁匠纽科门（1663—1729）与一个装配玻璃的手艺人约翰·卡利制成了有活塞的蒸汽机。纺织机器的革命工业革命前英国历史上的大事件：1215年，英王签署《大宪章》；1529—1536年，英国宗教改革，立新教圣公会为国教；1649年，克伦威尔处死查理一世并建立共和政体；1660年，查理二世复辟；1685年，牛顿发现万有引力定律；1688年，光荣革命确立君主立宪政体；1694年，英格兰银行成立；1698年，伦敦股票交易所成立；1707年，英格兰与苏格兰议会合并，形成“大不列颠王国”。工业革命前的英国工业革命是从英国最发达、为海外贸易生产产品的纺织部门开始的。1733年，呢绒工人凯伊发明了飞梭，织布效率大大提高，使手工纺纱供不应求。5年后，约翰·怀特和刘易斯·保罗又发明了滚轮式纺纱机，这样又不用手指纺纱了。1764年，纺工哈格里沃斯把单锭纺车改造成多锭纺车，引纱和捻纱都实现了机械操作。他以自己女儿珍妮的名字来称呼这个能纺出细纱的杰作。1785年，牧师卡特赖特（1743—1823）发明了动力织机。珍妮纺纱机蒸汽机的完善1784年，曾在格拉斯哥大学当过仪器制造工人的瓦特把纽科门的气压机变成能在各个工业部门普遍应用的动力机，完成了在工业中将热能转化成机械能的伟大功业，使他的名字成为工业革命的象征。蒸汽机这样重大的发明无法仅靠实验室完成，其建造和测试均需要完善的设备与人员支持。因此，布莱克教授将瓦特介绍给他的朋友、工厂主罗巴克。1783至1785年，博尔顿-瓦特公司开始批量生产并推广蒸汽机。瓦特蒸汽机机器制造机器1782年，英国人威尔金森发明了蒸汽锤。1790年，蒸汽轧钢机诞生。这一时期，由蒸汽机带动的冲孔机、铆接机、蒸汽锤、离心式水泵等都被发明出来。最重要的发明要算英国人莫兹利1794年发明的车床上的运动刀架了。1800年，莫兹利基本完善了机床的全套设计。1817年，英国人罗伯特又发明了牛头刨床。1850年，惠特沃斯发明的计量仪器使机械加工精度提高到1/1000毫米。莫兹利发明的机床从凯伊发明飞梭的1733年至1830年，英国已基本完成工业革命。随后，荷兰、比利时完成了工业革命。19世纪初，法国也开始了工业革命，德国、意大利继之。美国于1776年宣布独立。发明家惠特尼于1793年发明了锯齿轧棉机。惠特尼与轧棉机印刷的机械化欧洲最早的印刷机是古腾堡于1450年前后制成的，古腾堡的印刷是靠手工排字，造纸、印刷、装订也都是手工作业。这种方法在欧洲持续了约350年，世代沿革，没有变化。然而，工业革命改变了印刷工艺，实现了第二次印刷术革命。1798年，法国人尼古拉·路易·罗贝尔发明了长网造纸机，随后将他的专利带到英国，做了改进，于1803年展出了第一台造纸机。德国人柯尼斯在机械师弗里德里希·鲍尔的帮助下于1812年发明了高速印刷机。1814年11月24日，用高速印刷机印制的《泰晤士报》首次发行；这一年，柯尼斯又发明了双面印刷机。德国人戈特罗普·克勒尔于1844年发明了用刨碎的木材造纸的技术。1845年，美国纽约的理查德·霍取得自己设计的报纸轮转印刷机的专利；这种机器经过改进，在1881年已能在1小时内印出2

5万份8页的报纸。火车和轮船的出现1814年，矿工出身的英国人史蒂文逊制成了第一台实用的蒸汽机车。1822年，他建立了机床车辆厂；3年后，他建造的铁路正式通车。从此，铁路首先在英国兴起，紧接着在欧美大陆乃至全世界延伸，成为工业的大动脉。1807年，富尔顿的克利蒙梭号汽船在北美哈得逊河上试航成功。1819年，美国人制造的装有蒸汽动力的萨凡那号帆船满载棉花，用29天走完了哥伦布72天走过的航程。1838年，单用蒸汽机推动的大西洋号轮船把航程缩短为15天。两年后，大西洋两岸利物浦和波士顿的定期航班开通。1850年，螺旋桨取代了击水明轮，钢铁船壳开始代替木结构船壳。燃料动力船满载着工业原料和产品在各大洲之间穿梭，它不仅通过工业、财富，还通过殖民战争，迅速地把世界各大洲联系起来。于是，古老的帆船永久退出了远洋航运的行列。内燃机、汽车及其影响1832年，布朗发明了最早的内燃机——煤气机。在1860年法国人卢诺瓦发明点火栓后，煤气机便开始进入工厂。1876年，德国人奥托（1832—1891）、戴姆勒（1834—1900）与他们的合作者在法国人德罗夏（1832—1891）的理论启示下制成了四冲程内燃机。煤气机1883年，奥托的合作者戴姆勒在自己独立开业后的工场里制成了小巧轻便的汽油机。1885年，装有这种发动机的第一台摩托车出现。1886年，第一辆著名的四轮汽车和摩托船问世。卡尔·本茨制造出了他设计的三轮汽车，并于1890年开始生产四轮汽车。卡尔·本茨和他制造的三轮汽车美国汽车大王亨利·福特（1863—1947）于1903年在底特律创立福特汽车公司，随之在1913年开始用流水线生产汽车，一部分人的生活方式开始被这一发明大大改变。这里不能忘了鲁道夫·狄塞尔（1858—1913）的天才发明。1897年，他在纽伦堡机械厂和弗里德里希·克虏伯合作，终于制成了多年梦想造出的柴油发动机。交通运输的发展也推动了建筑业的发展，导致了许多服务性行业的产生，公路、铁路和桥梁的修建与维修，以及汽车车库、加油站、停车场等，也构成现代社会的重要部分。与化学有关的工业在工业革命之前，由于居民家用燃料以及冶金、造船等行业对木材的大量需求，英国的森林资源已消耗殆尽。至1700年，伦敦已普遍以煤炭作为主要燃料。1735年，亚伯拉罕·达比发明了焦炭在抽去空气的炭窑中烘烤煤，产物为焦炭、煤气和煤焦油。瓦特的蒸汽机出现后，煤成为工业动力机的燃料。炼焦产生的煤气和天然煤气也被用作煤气灯煤气灯补充了菜油灯和鲸油灯，被用于家庭、工场和工厂照明，在戴维发明安全煤气灯之后，还用于矿井照明。18世纪伦敦的煤场煤和焦炭与化学有关的工业纺织工业需要用稀酸来加工纺织纤维。1746年，英国医生罗巴克发明了用铅室法生产硫酸的方法，后来在伯明翰建立了首批硫酸工厂。1789年，化学家尼古拉·路布兰发明了路布兰制碱法。1863年，比利时人索尔维发明了更好的索尔维制碱法，逐步取代了路布兰的方法。随后，电解制碱法又补充了索尔维的方法，成为大量生产烧碱的主要工艺技术。尼古拉·路布兰酸碱工业与化学有关的工业1856年，年轻的英国化学家珀金（1838—1907）首次合成苯胺紫。这是第一种人工合成的染料。德国人威廉·霍夫曼促进了德国焦油染料工业的迅速增长。1877年，世界合成染料的产量中德国占了一半。19世纪后半叶，化学工业的怀抱中也诞生了制药工业。威廉·霍夫曼合成染料和化学药与化学有关的工业1863年，瑞典人阿尔弗雷德·诺贝尔发明了安全炸药，这为采矿、工业及筑路提供了爆破物。诺贝尔的专利和经营俄国巴库油田的利润，给这位化学家兼工业家带来了万贯家财。1895年11月27日，诺贝尔立下遗嘱，把他的3100万瑞典克朗捐献出来设立基金，以每年的利息作为奖金，授予“一年来对人类做出最大贡献的人”。诺贝尔奖1901年首次颁发，包括金质奖章、证书和奖金。阿尔弗雷德·诺贝尔诺贝尔的发明转炉、平炉炼钢法19世纪，机器制造、枪炮制造、火车和轮船的制造等，对钢铁数量和质量的要求以空前速度增长。1856年，英国冶金学家贝塞麦发明了转炉炼钢法。1861—1865年，德国的威廉·西门子和法国的马丁又发明了平炉炼钢法。1878年，英国人托马斯发明了具有良好脱磷效果的碱性转炉炼钢法。转炉炼钢技术电机、电灯和输电奥斯特发现电可以转化为磁以后，电的发明如雨后春笋般出现，并悄悄进入了工业革命的潮流中。1825年，英国人斯特金发明了一个电磁铁，它能提起9磅的重物。1829年，美国人亨利造出有更大力量的电磁铁，它在单一电池激发下能提起比自己重50倍的物体。1836年，英国人丹尼尔把伏特电池改进为能提供恒稳电流的丹尼尔电池。同期，英国人惠斯通）发明了作为变阻器的电桥。1832年，法国人皮克斯用马蹄形永久磁铁绕线圈旋转，制成试验性发电机，斯特金1866年，德国人西门子对发电机做了决定性的改进，即用发电机发出的电给电磁铁励磁，由电磁铁中的剩磁来启动发电机。1879年，美国发明家爱迪生发明了碳丝灯。这种耐用灯泡先进入家庭，取代了煤气灯。1882年，在爱迪生建立的直流发电厂中，6台发电机点燃了9000个15瓦的灯泡，第一个民用电照明系统诞生了。从此，电的光辉开始照亮太阳照不到的那半个世界。爱迪生在1879—1891年，为了把电流输送到更遥远的地方，法国人德普勒、德国人冯·米勒等，先后在慕尼黑、法兰克福等城市召开的电力博览会上展示了他们利用直流变压器远距离输电的技术。1882—1885年，匈牙利人代里、布洛赫依、齐派尔诺弗斯基，以及一度与爱迪生合作的特斯拉，都分别发明了交流变压器。1889年，俄国人多布罗沃尔斯基设计成了结构简单而安全的三相交流电动机。从19世纪末开始，包括三相交流发电机、电动机、三相变压器、电站和变电所、输电线路在内的三相交流电力网便逐渐布满了全世界。电报、电话和留声机1833年，德国人高斯和韦伯就在天文台和物理馆之间9000英尺的距离内架设了原始的电报线。莫尔斯制出了电报机，发明了莫尔斯电码。1844年，他在华盛顿和巴尔的摩之间建成了40千米的电报线。1858年，由于大西洋海底电缆的架设，英美两国首次用电缆通信。1869年，从英国伦敦出发，经过欧洲大陆直到印度卡里卡特城的电缆建成。高斯和韦伯电

报电报、电话和留声机美国人贝尔在实验中实现了用电传递声波，于1876年发明了电话。10年后，贝尔创办了电话公司，使美国相距80千米的城市之间有了长途电话。1915年，美国人卡松提出了边带理论，为一根电线传播多路电话奠定了理论基础。1927年，美国贝尔实验室的H布莱克发明了负反馈电路，解决了双道或多道电话信号的失真问题，使多路电话进入了应用阶段。1969年，由贝尔创办的企业发展而来的美国电话电报公司已拥有1亿部电话分机。贝尔电

话电报、电话和留声机爱迪生于1877年发明的留声机是用在锡箔或锡管上刻声迹（沟纹）的方法来保存和重现声音的装置。这一发明首先把音乐带进了家庭。后来，由于丹麦人波森（1869—1942）在1898—1900年发明了磁录音带，留声机便逐渐改进和发展为现代录音机。爱迪生发明留声机留声机电报、电话和留声机1725年，德国解剖学教授休采尔在制造磷时发现，含有银的硝酸见到阳光后会变色。瑞典化学家雪勒研究了这种现象，认为光谱中最短的紫线在使银盐变黑的过程中起着主要作用。1826年，法国人尼普斯兄弟最先发明了银板照相的方法。1839年，曾跟尼普斯兄弟合作过的法国人达盖尔的银板照相法获得了专利。尼普斯兄弟光化学照相术1851年，英国人安彻尔发明了涂火棉胶的玻璃板底片（湿板）。1871年，英国医生麦道克斯发明了干板。接着，美国人乔治·伊士曼改进了干板，并发明了卷式底片。1888年，伊士曼将装卷式底片的柯达相机推上市场，从而打开了轻便摄影之门。1861年，电磁学家麦克斯韦建议了一种方法，彩色摄影的实验频繁起来，10多年后便有人拍出了彩色风景照片。1904年，法国的鲁米埃尔兄弟（1862—1954，1864—1948）设计的彩色版获得了专利权。1935年，柯达彩色照相公司成立。小

结文艺复兴后，欧洲人对技术的兴趣日益浓厚。17世纪，已有人尝试设计蒸汽驱动的装置。18世纪初