第二次技术革命.ppt

1、第二节：近代第二次技术革命,近代第二次技术革命的动因 电力技术的发展 内燃机技术的发展 电信技术的勃兴 近代第二次技术革命的意义,本节教学目的和要求,1. 了解近代第二次技术革命的社会背景和科学背景； 2. 了解近代第二次技术革命的发展过程及重要技术创造，重点掌握电力、内燃机和电信技术的发展过程及其重要意义； 3. 正确理解第二次技术革命中科学、技术与生产之间关系的新变化； 4. 正确认识近代两次技术革命及其影响的异同。,第二节：近代第二次技术革命,近代第二次技术革命的动因 1. 资本主义自由竞争全面发展的必然产物 2. 19世纪自然科学全面繁荣为新的技术革命奠定了科学基础 3. 以蒸汽机技术

2、为标志的生产技术体系不能满足生产进一步发展的需求，迫切要求新的动力革命,电力技术的发展,1.发电机的发明与改进 1.1交流发电机： 皮克西和西门子分别于1832年和1850年 研制了单向交流发电机； 俄国雅布洛契柯夫制成多向交流发电机； 意大利法拉里于1885年发明旋转磁场式 电机，使交流发电机初具现代实用形。,手摇交直流发电机,直流发电机,法拉弟圆盘发电机,电动机的发明与改进,法拉第率先制成二相异步电动机模型，美国特斯拉1886年制成二相异步电动机，俄国多里沃1889年发明三相异步电动机、三相变压器和三相制输电，其鼠笼式异部电动机构造简单、经济、可靠。,三相异步电动机,三相变压器,输电技术的

3、发展,3.1直流输电技术的初期发展 1882年法国德普勒建造了世界上第一条远距离直流输电实验线路，其中直流发电机发出1.5千瓦电力，输电线路长57千米；由于高电压大容量发电机制造困难，所以远距离输电所需的高压电不可能从直流发电机直接获得，尽管瑞典瑟雷等人做过技术上的改进，但直流系统的装置和运行方式仍十分复杂，造价昂贵。,3.输电技术的发展,3.2交流输电技术 18831885年，德国的高拉德和吉布斯、美国的威斯汀豪继发明和改进变压器；18901891年从法国劳芬到德国法兰克福架起了世界上第一条三相交流输电线路，全场170千米，在此基础上，欧美各国相继建立起远距离交流输电线路，三相交流的发电、变

4、电、输送、分配和使用上的安全、经济、可靠和方便性，为发展电力工业开辟了广阔的前影。,内燃机技术的发展,内燃机的最初发明 蒸汽机的局限性：蒸汽机是一种外燃机， 以外燃方式工作导致热效率低下，锅炉要 承受高压，所以必须要用结实而厚重的材 料制造，因而结构笨重、体积大，运行也 不安全且操作复杂，不能随意启动和停止。 内燃机作为一种使燃料直接在工作容器内 燃烧放出热能并把它转化为机械功的动力 机械，能克服蒸汽机的上述局限。,为内燃机准备,1. 17世纪下半叶，惠更斯设计过一种用火药为燃料的内燃动力机。但内燃的概念在当时还是早产儿。 2. 经过蒸汽机一个多世纪的实践，积累了大量的技术经验和理论知识。 3

5、. 活塞、气门、轴承等机械结构；冶金、铸造、轧制、焊接等加工技术； 4. 卡诺等人对热机做功效率的理论研究，都为内燃机的产生做好了准备。,许多人的探索,1. 内燃机的发明经过了许多人的探索： 2. 1794年英国人斯特里特发明一种燃气发动机；1820年英国人塞西尔的燃气发动机初次运转成功，但为正蓬勃发展的蒸汽机所压制；1823年英国人布郎发明最初的实用内燃机； 1833年英国人莱特设计出实用的内燃机；1838年英国人巴尼特发明压缩式内燃机；1860年法国人雷诺制造出最初商品化的内燃机。,内燃机,法国发明家雷诺于1860年制成了第一台实用的内燃机，这是一台二冲程、无压缩、电点火的煤气机，它的效率

6、不高，每马力需要100立方英尺煤气，热效率仅4%，电点火也不可靠，但毕竟平稳运行了，导致了内燃机实现了批量生产。,2.内燃机的重大技术突破,四冲程原理 1862年法国人德罗夏提出内燃机的等容燃烧四冲程（吸气、压缩、做功、排气）循环原理；为制造高效率内燃机奠定了科学基础。,第一台四冲程内燃机,1. 1876年德国人奥托发明奥托循环机。他率先依据该原理研制成功第一台四冲程往复式活塞内燃机，这是第一台单缸卧式、4马力等容燃烧的煤气机。此机小巧紧凑，热效率高达12%14%，这种内燃机得到大量推广，性能也不断提高。热效率在1894年达到20%以上。 2. 这是内燃机技术的一次跨跃，摆脱了对蒸汽机的模仿，

7、获得了更高的机械效率；,3.内燃机的重大技术改进,1. 1883年德国人戴姆勒发明用于汽车的燃油发动机。在内燃机中首次使用汽化器； 2. 1890年英国人阿克罗特发明热球式内燃机； 3. 1892年德国人狄塞尔发明柴油机，发明压燃法。,3.内燃机的重大技术改进,1892年德国狄塞尔发明了柴油机。柴油机结构更简 单，燃料更便宜，热效率 更高，在20世纪20年代后 被广泛应用于卡车、拖拉 机、公共汽车、船舶和机 车。,狄塞尔 柴油发动机之父,4.内燃机的广泛应用,内燃机特别是汽油机和柴油机的出现，得到广泛应用，对农业和交通运输业的发展来说，内燃机的重要性甚至于超过了电机。 内燃机的发明导致了一系列

8、新兴交通运输方式的诞生：导致了汽车工业的崛起；铁路运输技术的革新；1912年第一艘柴油机驱动的远洋轮船的建成；1903年美国莱特兄弟驾驶内燃机驱动的飞机首次飞上天空。,“第一辆”汽车,1826年英国的布朗制造出一台4马力的真空式煤气发动机，并把它装在一辆车上，驱动这辆车爬上了肯特郡的一个小山坡。 但这辆车没有达到实际使用的水平，也没有引起人们的注意。 不过美国吉尼斯世界记录大全还是把布朗的车列为世界上第一辆汽车。,An 1886 Benz Motorwagen,戴姆勒 Gottlieb Daimler 1834-1900,1885戴姆勒研制成比当时一般内燃机转速高4倍的汽油机。他先把这台汽油机

9、装在一辆自行车上，1886年他又把它装在一辆马车上，车辕改装成一套转向机构，这样就制成了一辆汽车。,本茨 Karl Benz 1844-1929,德国人本茨于1885年研制成三轮汽车，这辆三轮车由一个水平单缸的汽油机驱动，因为这台汽油机转速较低，这辆车的时速只有12公里。 本茨对这种车型不断改进，于1888年出售。1893年本茨开始生产四轮汽车，汽车工业从此兴起。,本茨戴勒姆公司,从此戴勒姆的事业开始兴旺发达，他不仅生产汽车，还生产大批汽油机出售，英国和法国汽车的发展就是从使用戴勒姆的发动机起步的。 后来本茨公司和戴勒姆公司从竞争走向合并，建立了历史最悠久的汽车公司。,Henry Ford (

10、1863-1947),进入二十世纪后，各种零部件的改进使得汽车的优越性越来越明显。汽车开始投入大量的生产，1913年美国人福特开办的汽车厂采用惠特沃斯生产标准化零件的方法建立了装配线，日产1000辆汽车。福特被誉为“汽车大王”。,Henry Ford and the Quadricycle, 1905,福特汽车,莱特兄弟早期飞机,莱特兄弟“飞行者号”,莱特兄弟滑翔机,四、电信技术的勃兴,物质基础：大量电磁学实验和理论成果。 对无线电通讯来说，理论基础由麦克斯韦奠定，亨利赫兹（Heinrich Rudolf Hertz 1857-1894）使得人工产生电磁波产生可能。 三个方面的成果：有线电报、

11、有线电话、无线通讯。,四、电信技术的勃兴,1、有线电报的三个阶段 作为电学在通讯领域的运用，电报是人们最早尝试的一种形式，它大概经历了三个阶段：静电电报、电化学电报和电磁电报。 只有电磁电报才具有实际应用价值，主要归功于英国的科克（William Cook）、惠斯通（Charles Wheatstone）和美国的莫尔斯（Samuel Morse 1791-1872）的推广。,莫尔斯,莫尔斯是一名美国画家，略通化学和电的知识。 1832年10月他在欧洲绘画后乘萨利号邮轮回国。 旁观了同船一位杰克逊博士的电学实验之后产生了发明电报的设想。,电火花,可以突然切断电流，使之产生电火花，电火花是一种信号

12、，没有电火花又是一种信号，没有电火花的时间长度又是另一种信号。这三种信号结合起来可以代表各种数字和字母。数字和字母按顺序编排。这样文字可以经电线传送出去，而远处的仪器就把信息记录下来。,莫尔斯电码,莫尔斯发明的精华部分是他的电码。发报机送出的电流可以是短的或长的，它给磁铁以相应的作用力，并推动钢笔在纸带上自动记录。,“上帝说要有什么，就有什么。”,1837年11月莫尔斯传送电报到十英里远的地方。1843在华盛顿和巴尔的摩之间架设了最早的电报线。 1844年5月24日在华盛顿最高法院首次用有线电报进行了公开通讯，电文内容取自圣经“上帝说要有什么，就有什么。” 1845年组建了磁电报公司。到184

13、8年，除佛罗里达州以外，密西西比和以东各州都入了电报网。,莫尔斯,1835年莫尔斯第一台电报机,莫尔斯电码,有线电话,电话的发明者是美国人贝尔（ Alexander Graham Bell 1847-1922）和他的助手华生。 他们在1876年2月14日向美国政府递交电话专利申请。,“可视语言”,贝尔致力于研究一种聋哑人 用的“可视语言”。他设想 在纸上复制人语言波的振动， 以便聋哑人能够从波形曲线 “读”出话来。这个设想最终没有成功。 但在多次实验中他发现，当电流导通和截止时，线圈会发出噪声。,贝 尔,电话的基本原理,贝尔想到，要传送人的语声，必须造出一种能随语言的音调而振动的连续电流。就是

14、说，必须用电波来代替传递声音的空气波。 这就是贝尔后来设计电话的基本原理。,华生,1873年贝尔辞去了波士顿大学语音学教授的职务，集中精力于电话的发明。 由于在实验中要进行送话和收听，必须有两个人才行。在一次偶然的机会里，贝尔遇到了18岁的电气技师华生。 从此两人协同工作，华生还补充了贝尔所缺乏的电的知识。贝尔一有新思想，华生马上动手制造。,吉他声的启示,贝尔和华生夜以继日地实验，但是就是听不到声音。在苦苦思索中，远处传来的吉他声启发了他们。 他们领悟到：送话器和受话器的灵敏度太低，所以声音微弱，很难辨别。如果象吉他一样装上一个共鸣器，就可以把声音放大了。,贝尔的实验草图,“华生，我需要你！”

15、,1876年3月10日经过改装后的实验开始了。贝尔和华生呆在相距几个房间各自的位置上。 贝尔刚开始实验，不小心把电池中的硫酸溅到身上，于是呼叫起来：“华生，快来这里，我需要你！”在受话器那一头的华生听到了通过电流传来的呼救声，直奔贝尔的房间。 这是人类第一次用电话机传送的语言。这一年贝尔29岁，华生21岁。,无线通信,有线通信的局限性： （1）只限于定点之间的通信，无法做到移动目标之间的通信； （2）金属导线消耗的金属量巨大。敷设一公里电缆需要半吨铜，2吨铅；敷设海底电缆工程浩大，更需巨额投资； （3）一般来说有线通信有可靠性高、保密性好的特点，但是自然和人为的原因也常造成线路故障。 这些局限

16、性促使人们来思考是否可以不用导线来传输信息。,电磁波的预言和证实,麦克斯韦关于电磁波的预言和赫兹（1857-1894）的证实（1888），为无线通信作了理论和实践上的准备。 但是赫兹没有预见到无线电通讯的现实可能性。,麦克斯韦,“无线电导体”,赫兹的实验鼓舞了其他科学家，他们尝试各种办法来通过无线电波传输信号。 1890年法国人布兰利发现：封在玻璃管内的金属粉末（铜、铁、铝或镍粉），对一般直流电有很高电阻，因而不导电；但当电磁波通过这些金属粉末时，它们会凝集在一起，电导率大大增加，从绝缘体变为导体。 根据这一现象他制成了他称之为“无线电导体”的接收机。,粉末验波器,1894年利物浦大学教授洛奇

17、改进了布兰利的“无线电导体”，并改称为粉末验波器，提高了它的灵敏度；还在相隔180英尺（约54米）的地方成功地接收到了电磁波。 作为教授的洛奇没有意识到他的工作的实用价值，也没有申请专利。 最后是意大利发明家马可尼（1874-1937）把一种无线电报投入到实用阶段。,马可尼,马可尼（Guglielmo Marconi 1874-1937）家道殷实，没有进过大学，但是把意大利最知名的学者请到了家里来指导他学习物理学。 1894年夏天，马可尼在阿尔卑斯山度假时读到一则年初去世的赫兹的工作报道，受到启发。,电报专利,1894年12月第一次获得成功的实验把信号传送至30英尺（9.15米）远。 到189

18、6年2月他能把信号传送到1.75英里（2.82公里）远。 他向意大利政府请求资助而未获准，于是带着发报机和收报机来到英国，1896年6月2日，马可尼向英国政府提出了电报专利申请，并获准。,马可尼发送第一封无线电报的设备复制品,马可尼无线电报公司,1897年马可尼的收发报距离已经达到10英里 同年，以马可尼为主要股东组建了“无线电报和信号”公司。1899年在美国成立子公司，1900年更名为“马可尼无线电报公司”。 无线电报使海上航行的安全得到保障。1898年刚装了无线电发射机没有多少日子的一艘灯塔船被撞翻，呼救信号发出后，及时赶来的就生船救起了船员。,诺贝尔物理学奖,1899年马可尼实现了横跨英吉利海峡的无线电通 信。 1901年12月12日马可尼引人注目地完成了横渡大 西洋的无线电通讯。虽然当时只用莫尔斯电码发 送和接收了一个英文字母“S”，但这一试验的成功 标志着无线电报开始进入远距离通信的实用阶段。 马可尼和另一位电报技术和阴极射线示波管发明 者德国人布劳恩共同分享了1909年的诺贝尔物理 学奖。,近代第二次技术革命的意义,