行业资料第二章 第一次产业革命、技术革命和科学中心的转移

行业资料第二章 第一次产业革命、技术革命和科学中心的转移 第二章 第一次产业革命、技术革命和科学中心的转移 英国的技术革命和产业革命 蒸汽机和产业革命 纺织技术——工业革命的源头 英国的产业革命开始于纺织邓机械化。英国的棉纺织是17世纪从荷兰引进的，最初它是一个新兴幼稚的行业，在国内市场上受到到垄断地位的传统毛纺织业的排挤，在国际市场上则受到印度有悠久历史的质优价廉的产品的激烈竞争。棉纺织业包括纺纱和织布两个部门。 1733年英国钟表匠凯伊(J.Kay,1704—1774)发明了飞梭，使织布效率提高了一倍，并使布面加宽。结果纺纱与织布不协调，长期发生“纱荒”。曾当过木工的织布工人哈格里沃斯(J.Hargreaves 约1720—1778)发明了竖锭纺车，以他女儿的名字命名为“珍妮机”并于1770年登记了专利。消除了纺纱和织布的瓶颈，成了产业革命的火种。 珍妮机劳动的纱锭日益增多，使人力作为动力越来越困难，水力纺纱机应运而生。1769年理发师阿克赖特发明了视力纺纱机，生产率提高了10倍。如此动力问题引起广泛的关注。 钢铁产业的进步 英国的钢铁产业和纺织产业的发展领是同时的，但在技术上却表现出不同的特点。冶金工业的变革是因化学发明而推动的。英国是个铁矿和煤贮量丰富的国家，但由于煤中含有硫化物，燃烧时就会挥发出来，高温下铁矿石与硫化物相互作用最后得不到较纯的生铁，且易碎，不能进一步加工，所以炼铁当时主要用木材，这样就破坏了森林。1709年，达比(A.Darby,1677—1717)发明了先将煤烧成焦炭然后炼铁的方法，后来他的儿子改进了制造焦炭的方法，这样人们开始普遍采用煤做燃料炼铁。这使得英国生铁产量不断大幅度提高。 1784年，科特取得“搅拌式炼铁法”专利。1789年，科特由于涉及一项债务纠纷，他 的专利被公布于世。 1740年，钟表匠亨茨曼因为买不到好钢做钟表的发条，便开始研究制造钢铁的方法。到1750年获得成功。 蒸汽机的发明和改进 近代蒸汽动力技术的产生,主要源于当时的社会生产的直接推动和当时的实验科学的长期孕育。英国资产阶级革命为资本主义的发展扫清了道路，在工厂手工业的迅速发展中，社会需要促使了早期蒸汽机的问世。在十六世纪末和十七世纪初，包尔塔进行了蒸汽压力实验，托里拆利和巴斯噶等进行了大气压力实验，那末格里凯进行了真空作用实验。这三大实验基础的相继形成，使人们得以从实验上开始认识蒸汽、大气和真空的相互作用。而这些重大的实验成果也就为早期蒸汽动力技术的产生奠定了牢固的实验科学基础。 最先把蒸汽动力技术的设想付诸实施的，是法国著名物理学家、工程师巴本(Denis Papin 1647-1712)。从1674年开始，巴本即致力于蒸汽泵的实验 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 。经过一段时间的实验研究与理论探索，他从欧洲当时的炼铁场广泛使用的那种活塞式风箱中受到启发，认为有可能把风箱变为汽缸，而把风箱中的活塞变为汽缸中的活塞。在实验时，他先将汽缸的底部注入少量的水，再把汽缸放到火上加热。当汽缸内的水沸腾后，蒸汽即推动活塞慢慢上升;然后，又把火从汽缸下抽掉，汽缸内的蒸汽即慢慢冷凝。由于蒸汽的冷凝，汽缸内产生真空，在大气压力的推动之下，活塞又慢慢下降。通过这一实验，使巴本认识到，利用蒸汽压力、大气压力、真空作用的交互作用，完全可以推动汽缸内的活塞及其活塞杆作往返的直线运动。而这种运动所产生的机械动力可以带动其他机械的运动。在发明带有活塞的蒸汽泵之后，考虑到蒸汽压力大可能会使汽缸爆炸，巴本又在1680年发明了安全阀。这样，第一台可以把热能转变为机械能的实验型的蒸汽泵，就于1680年在英国试验成功了。 继巴本之后，在近代蒸汽动力技术的发展中作出重要贡献的是英国机械工程师赛维利(T.Savery 1650-1715)。赛维利的蒸汽泵的设计原理源于包尔塔的蒸汽力原理。他的蒸汽泵的主要构件，是汽缸与锅炉。赛维利的汽缸与巴本的汽缸很不相同。赛维利的汽缸未采用活塞，只是在其中接有吸水管、排水管和进汽管。当蒸汽从锅炉经过汽管进入汽缸后即使这部分蒸汽冷却，而冷却后造成的真空就把矿井中的水从吸水管中吸进来，此时再将蒸汽注入汽缸，这部分进入汽缸的蒸汽所产生的压力就把水从排水管中排放出来。后来，赛维利研究了巴本的蒸汽泵，在他的蒸汽泵中也采用了安全阀。1695年，赛维利制造出了几台这样的蒸汽泵。 这是近代蒸汽动力技术的第二次突破。 后来，纽可门研究了赛维利蒸汽泵，他认为赛维利蒸汽泵有两大缺点。一大缺点是热效率太低。纽可门在设计上作了重要革新:他不让冷却水直接进入汽缸，而是把冷却水通过一个细小的龙头向汽缸内进行喷溅。另一大缺点是赛维利蒸汽泵基本上还是一种水泵，而不是典型的动力机。针对这一点，他在赛维利蒸汽泵中引入了巴本的活塞装置，这样蒸汽压力、大气压力和真空即可在交互作用下推动活塞装置，蒸汽压力、大气压力和真空即可在交互作用下推动活塞作往复式的机械运动。而这种机械运动一旦传递出去蒸汽泵也就成为了蒸汽机。 由于进行了上述三次研究和革新，一台近代蒸汽机的完整蓝图基本上设计出来了。1705年，纽可门、考利和赛维利一道，终于试制出了第一台真正算得上是动力机的蒸汽机。 从巴本蒸汽泵到纽可门蒸汽机的早期蒸汽动力技术的发展，已最初向人类社会预告了即将兴起的第一次工业革命的信息，特别是预告了蒸汽时代的即将到来。在工业革命中，大量的发 动机被应用，这促使作为机械员的瓦特对改进蒸汽机产生了兴趣。瓦特自 1764年开始改进纽可门蒸汽机的工作。他回忆说:"当年格拉斯哥大学把修 理一台纽可门蒸汽机的任务交给我。在修理的过程中，我深感它的不足， 所以决心动手研制一种性能较好的蒸汽机。" 瓦特当时告诉记者，纽可门蒸 汽机有两大缺点:燃料耗量大而效率低，另外就是它只能作往返的直线动 作。因此，除了用于矿井抽水之外，纽可门蒸汽机没有其他用途了，而它 浪费的蒸气可达八成以上。 经过一番努力，瓦特发现了纽可门蒸汽机效率低的原因与解决方法:既然蒸汽具有弹性，只要把汽缸和另一个容器相连接，让蒸汽接入其中，就不需一再冷却汽缸，浪费了许多热量了。 瓦特紧接着设计了一个与汽缸分离的冷凝器，并在汽缸外面加了绝热套，使汽缸保持在高温工作状态。一台运作正常的蒸汽机终于"出炉"了～ 在缺乏资金的情况下，瓦特当时向一名工厂老板贷款，但由于机件陈旧不合标准，冷凝器因蒸汽机不断从活塞旁漏汽而无法正常操作，使得工厂老板停止对他的资助。 幸好瓦特得到著名铁商博尔顿的赏识，出资与他成立了博尔顿-瓦特公司，让他在无后顾之忧的情况下，专心从事蒸汽机的实验和生产。 瓦特在新设计的蒸汽机上安装曲轴、连杆等器件，使它更为自动化。这些重大的改进，使工厂和交通运输等方面都能使用蒸汽机。因此蒸汽动力的巨大潜能被逐渐的发掘了出来。 蒸汽技术革命 以蒸汽机的广泛使用为主要标志的第一次 技术革命使社会生产力空前提高，带动人类从农业和手工业时代进入以大机器生产为特征的工业化时代。 采矿业，纺织业和冶金业是当时的工业革命的主要行业。在采矿业中，1783年，英国著名的康沃尔采矿中心的所有纽可门蒸汽机几乎全部为瓦特蒸汽机的取代。随后，在其他金属矿区、在煤矿，原有的纽可门蒸汽机也相继被瓦特蒸汽机所取代。在纺织 业中，1785年，诺定昂郡建立了英国的第一座蒸汽纺织厂。由于采用瓦特蒸汽机作为原动机，使纺织厂打破了必须建在河谷地区的地理条件的限制，使纺织业的发展进入了一个新的时期。在冶金业中，从1790年开始，许多炼铁厂相继采用蒸汽机来开动更大的鼓风机， 来为更大的高炉提供更大的风力。在此之前，炼铁工人达比已在1780年发明焦炭炼铁法。新的燃料加上新的动力，使高炉越建越大，产量越来越高。1788年，英国的生铁产量为61300吨，而在各炼铁厂相继采用蒸汽机后，到了1796年，英国的生铁产量即猛增到125000吨。 由于社会生产对瓦特蒸汽机制需求量越来越大，这也使以蒸汽机的制造为主体的机器制造业也随之发展起来。自此之后，车床、刨床、钻床、磨床等各种机床制造工业以及纺织，采矿、冶金、运输等各种工种工作机的制造业也相应地发展起来。以农业机械为例，在十八世纪末和十九世纪初，在英国的许多大农场就相继出现了播种机、收割机、打谷机、割草机等多种农业机械。尽管这些最农业机械都是以人力或畜力为动力的，但它们却是瓦特蒸汽机在推动第一次工业革命的深入发展中结出的技术果实。这说明，第一次工业革命的风暴不但在工业领域迅速发展，而且迅速地波及到工业以外的其他领域。 从十八世纪中叶到十九世纪中叶，英国机械工业得到了突飞猛进的发展。怀特?鲍尔发明的滚筒使纺织实现了从手动向机械运动的转变，以此为开端，在机械加工中取代了手工而使用了各种机床。 斯密顿是十八世纪最优秀的机械技师。斯密顿设计的水车、风车设备达43件之多。在制作蒸汽机时，斯密顿最感棘手的是加工汽缸。要想将一个大型的汽缸内圆加工成圆形，是相当困难的。为此，斯密顿在卡伦铁工厂制作了一台切削汽缸内圆用的特殊机床。用水车作动力驱动的这种镗床，在其长轴的前端安装上刀具，这种刀具可以在汽缸内转动，以此就可以加工其内圆。由于刀具安装在长轴的前端，就会出现轴的挠度等问题，所以，要想加工出真正圆形的汽缸是十分困难的。为此，斯密顿不得不多次改变汽缸的位置进行加工。 后来，维尔金森改进了这种镗床，可以准确地加工内圆了，帮助瓦特制造出了高效率的蒸汽机，这是有名的佳话。 车床是“机器之母”。 1797年， 亨利?莫兹利发明了成功的车床。其实最先发明车床的人也不是莫兹利，但在他对车床进行了创造性的改进。莫兹利的高明之处在于，他发明了刀架。刀架是机床的核心，后来相继出现的刨床、钻床、镗床等各种机床，都离不开刀架。所以，人们称莫兹利为“车床之父”。 在莫兹利的工厂里，理查德?罗伯茨被公认为是一名真正的车工。主要业绩是改进了刨床和车床，奠定了今天机床的基础。一八一七年，罗伯茨制作了一台刨床，这台刨床上配有进给箱。该进给箱是手动的，可以水平、垂直进给，同时也可以某种角度倾斜进给。 十九世纪最优秀的机械技师数惠特沃斯。于1834年制成了测长机，该测长机可以测量出长度误差万分之一英寸左右。 这种测长机的原理和千分尺相同，通过转动分度板可以进出的螺纹夹持住工件，使用滑尺读出分度板上的分度。1835年，惠特沃斯在他32岁时发明滚齿机。除此以外，惠特沃斯还设计了测量圆筒的内圆和外圆的塞规和环规。建议全部的机床生产业者都采用同一尺寸的标准螺纹。后来，英国的制定工业标准协会接受了这一建议，从那以后直到今日，这种螺纹作为标准螺纹被各国所使用。 1807年美国富尔顿制造了木制蒸汽轮船。1814年英国的发明家史蒂芬森设计成功第一台蒸汽机车这台能牵动30多吨货物的机车用来运煤。1790年首次采用了蒸汽动力鼓气炼钢。工程师贝塞麦发明了大炮炮筒的来复线结构，为了炼出合格的钢铁作炮筒，他在1856年发明了转炉炼钢。1864年德国西门子(W.Siemens,1823—1885)和法国人马丁发明了平炉炼钢。 另外，在科学技术上，在生产关系上，瓦特蒸汽机的发明也起到了重要作用。瓦特蒸汽机的发明，第一次大规模地把热能转变为机械能，这就直接推动了科学、热力学和能量转化方面的基础理论的研究，同时了直接推动了纺织、采矿、冶金、机械等各类技术科学的发展。 附:英国科学的特点 英国科学组织形式是历史悠久的工业国科学组织形式的典型。在这些国家里，科学和工业多少是不知不觉地一起成长起来的，结果就形成一个非常错综复杂的关系，毫无条理脉络可言。它通过它的传统并且通过科学界、工业界和政界之间存在的人事和阶级关系，来补偿它在正规组织上效率低下的缺点。这些国家的科学事业从传统得来的好处是:人们几乎本能地遵守某些行为的标准，这样就避免了一向会危及科学发展的因素:即科学家个人过分大出风头和自我宣扬，以致很容易转变为江湖骗子。在另一方面，人们对科学的传统态度也可以造成不出成果的后果。因为人们重视年龄和经验超过重视干劲和进取心。所有这些国家的科学大权都操在同现代发展失去联系的比较少数的老科学家之手。不过应该说，积累下来的宝贵的传统、各学科中存在的学派以及科学家个人所享有的不受经济或政治压力的相对自由(就德国而言，或者不如说是他们过去享有的自由)，仍然使绝大部分新的和有价值的基本科学发现都产生在这些国家。它们仍然是科学进展的焦点。当其他比较不发达的国家的科学家们希望建立自己的学派时，他们就是到这些国家的实验室来学习的。第一组中的每一个国家的科学都有其具体特点，视各国历史条件、社会条件和学术条件的总和而定。这些差别不能不是十分难以明确说清的，然而它们却对科学发展起了十分重要的作用。 科学的每一个有特色的传统都对科学总的进展作出过自己的有价值的贡献。 英国科学的特点是从十七世纪起就延续下来的。它同德国或法国科学不同，特别讲求实用和着重类比。在英格兰，人们比在任何其他国家都更其是通过感觉达到科学，而不是通过思维达到科学的。英国人的想象是具体而形象化的。法拉第把力看作是一种管状的东西。照他的想象力很象具有橡胶制品的性能。卢瑟福把原子当作乡村集市上一种投掷椰子的游戏来加以研究。他把粒子投到原子上面去，然后看看有什么碎片落下来。英国科学家心目中的主要问题是:“它如何作用,”英国科学界的三位伟大理论家中，只有牛顿是英格兰人。他既 是一个理论家，又是一个讲求实际的实验家。麦克斯韦是苏格兰人，而他们之中最纯粹的理论家狄拉克则是法国血统的人。英国科学取得如此巨大成功的主要原因，正是这个爱讲实际的习惯和健全的常识。无论如何，直到最近，事实证明，自然界的作用一般至少是象一个工人的劳动那样简单。那些认为它神秘而微妙的人仅不过是自作聪明作茧自缚而已。英国人的一个缺点是他们几乎完全缺乏有系统的思维。在他们看来，科学只是几次对未知世界的成功的突袭。它不能提供一个前后连贯的全貌;英国人以怀疑的态度看待理论，而且不鼓励人们去思考。这些缺点在目前要比在上一世纪更为明显。英国人的方法在容易解决的科学问题中最能奏效。大部分这样的问题都已经解决了。现在要解决大多数科学问题，只有依靠和粗糙的常识大不相同的一些思维方法和工作方法。机械的模型已经帮不了多大忙了。在物理学上的这场伟大革命中，除了狄拉克一人之外，英国比其他国家大为落后了，虽然这场革命的根本实验基础主要是在英国奠定的。不过由于从德国来的流亡者大量涌入，也许还是能够把处理更为困难的理论问题的能力传授给英国人的。 同英国的财富以及它在世界事务中的重要性相比，它花在科学上的钱其实是很少的，而且它比任何其他大国都更少利用它的潜在的科学家。年龄在19岁到21岁的人中间大学生所占比重，在英国要比在任何其他欧洲大国都小，比美国就更小了。这一点可以从下表中看出。苏格兰在这方面显得优越得多了。 英国科学为我们留下了伟大的传统和崇高的成就。它仍然充满生气，但是却存在着这样一个危机:除非采取措施在适应现代条件的充分规模上加以发展，否则它就会比别国或新兴国家的科学大大落后。 法国的产业革命的兴衰 法国的科学同英国科学和荷兰科学一起在十七世纪成长起来，但法国总体上仍然是工业化后来居上者。对于法国来说，英国既是榜样，又是挑战，更是机会。无论是在技术创新方面，资金运用方面，抑或是工业化模式上，法国都最大限度地借鉴了英国的经验，并使科学中心发生了第一次转移。按照日本科学家汤浅光朝的研究，从18世纪后半叶到19世纪前期，法国已成为世界科学发展的中心。 技术的移植 英国已经认识到技术发明在富国强民中具有重要作用，因而从18世纪末开始限制技术出口，1765—1789年间英国议会连续通过了一系列的法令，禁止设计图纸和技术工人离开本土，严禁纺织机械或模型出口。法国大革命爆发后，英法关系恶化，甚至从此开始进行海上封锁，拿破仑战争结束后，英法两国技术交流恢复正常。到1825年，英国逐步放宽了对机械出口的限制后。 尽管英国有严格的技术保护，但英国的技术秘密和技术工人还是源源不断地流向国外，而与英国隔海相望的法国在这方面又占尽天时地利。1747年，发明飞梭的凯伊移居法国，并把提高织布效率的新技术带到法国。另位来自曼彻斯特的霍尔克于18世纪50年代定居法国，把珍妮机带到法国。1779年，法国人又从其他如走锭精纺机、水力织布机也在大革命前就传到法国。英国人贝塞麦于1855年发明的转炉炼钢法也于1858年传到了法国。1845年以后，法国因输入英国的铁路建筑技术而进入了铁路时代。1848—1870年是法国工业化历史上最为辉煌的20年。全国的铁路建筑狂热带动了煤炭工业的发展，金融网络的形成为工商业和运输业的发展创造了稳定的资本源泉。在这种情况下，法国的经济实现了高速度增长。 科学发展 法国科学在18世纪下半叶以来，有较大发展。成为世界科学的中心。 1772年，化学家拉瓦锡向巴黎科学院提交了名为《燃烧理论》的 研究报告 水源地可行性研究报告美术课题研究中期报告师生关系的个案研究养羊可行性研究报告可行性研究报告诊所 、创立了科学的氧化燃烧理论，批判了统治化学界百年之久的“燃素说”，完成了划时代的“化学革命”。 1785年，物理学家库仑用自己发明的扭秤建立了静电学中著名的库仑定律。使电学进入定量阶段。 1796年，天文学家、数学家、物理学家拉普拉斯他发表《宇宙体系论》。建立了太阳系起源理论因研究太阳系稳定性的动力学问题被誉为法国的牛顿和天体力学之父。 法国是数学王国，大数学家达朗贝尔、柯西、蒙日、拉格朗日、傅里叶、泊松、伽罗华等都是法国人。 18世纪，法国进一步用数学解决力学问题，出现了 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 力学。分析力学的基本理论体 系有微分形式和积分形式两种。分析力学的微分形式，是由虚功原理和达兰贝尔原理相结合而得到的拉格朗日“动力学普遍方程”，进而推广为自由参数的一般动力学方程——拉格朗日方程。 法国大革命后，科学转向实用性技术性，从而在实验科学方面也跃入世界前列。卡诺关于热机研究是这一时期最出色的物理成果。 法国大革命的影响 18世纪末，法国封建制度极端腐朽，国王路易十六所代表的第一等级(僧侣)和第二等级(贵族)，与广大的第三等级(资产阶级、城市平民、农民)之间的矛盾日益尖锐，群众运动不断高涨。 1789年5月国王被迫召集三级会议，继而改为国民议会和制宪议会。7月14日巴黎人民起义，攻占巴士底狱，革命爆发。8月26日制宪会议通过《人权宣言》。革命初期，代表大资产阶级和自由派贵族利益的斐扬派取得政权，以后经历了吉伦特派、罗伯斯比尔为首的雅各宾派、热月党人统治。最后在“雾月”政变中，年轻的拿破伦执政，担负起了扫荡欧洲封建势力、最后巩固大革命成果的重任。拿破伦战败后，波旁王朝复辟，大革命结束。 法国的科学之所以能超过英国成为近代科学的中心，一方面要归功于思想启蒙运 动和“百科全书派”的哲学思潮为科学的勃兴提供了理论准备。另一方面就是政府对科 学的重视。资产阶级政府采取的一系列措施中主要有 ? 任命一大批科学家为革命政府的重要官员。? 发展科学教育。 ? 改造旧的皇家科学机构使之从宫廷走向社会。 1791年法国颁布了全世界第一部专利法。该法规定给发明者以专利产品及其制造方法的独占权。这在保护发明创造，促进科学技术发展方面作出了极为重要的贡献。 法国的科学始终更具有官办和集中的性质。在初期，对科学起着很大的促进作用，它在十八世纪末叶仍然是生气勃勃的。它不仅在失去了拉瓦锡的情况下度过了大革命，而且还靠了大革命的东风进入它的最兴旺时期。在1794年创立的工艺学校就是教授应用科学的第一所学院。它对民用和军用都有好处，受到拿破仑的赞助。它培养出的人才如此众多，使法国科学无疑在十九世纪初期居于世界前列。不过这种进展并没有维持下去;和其他国家相比，法国科学变得越来越不重要了，虽然也出过一些优秀人才。原因似乎主要在于资产阶级政府官僚习气严重，目光短浅，并且吝啬，不论是王国政府，帝国政府还是共和国政府都是如此。拿破仑虽然大力宣传科学，但却以专制的方式、工具主义的方式来对待科学。法国大科学家们对这些不利条件都深有体验，但是他们还是取得了成就。例如巴斯德和居里夫妇就毕生为争取人们充分支持科学研究而奋斗。 不过在这整个期间，法国科学从未失去其出众的特点——非常清晰而漂亮的阐述。它所缺乏的并不是思想而是使那个思想产生成果的物质手段。在二十世纪的头二十五年中，法国科学跌到第三或第四位;它有一种内在的沮丧情绪。世界大战在人力和资源方面，都给予法国十分沉重的打击。科学界的老人统治在法国比在任何别的地方都为严重。 不过有了好转的趋势。首先是工业家开始认识到:在人力和物力上，都必须在比迄今为止大得多的规模上进行现代科学研究;新的研究所创立了;大发展的准备工作完成了。经济萧条在经济上和政治上对法国科学界的影响，同它对德国科学界的影响恰恰相反。法国科学家们鉴于德国的前车之鉴和他们自己对法西斯主义的体验而有所警惕。他们开始参加了当代的政治运动，但是他们并不因此而减少科学活动;反之，他们要求科学在建立一个自由而人道的世界的过程中占有其应有的地位。他们的工作显然有助于人民阵线的登台。人民阵线执政后也为科学发展创造了优越得多的条件。在老科学家和民主人士让?佩兰的领导下，在居里?约里奥的协助下，成立了一个新的科学委员会。