第九章科学技术与工业革命

科学技术史主讲人：刘伟[e-mail]第九章科学、技术与工业革命一、与科学无关的第一次工业革命二、科学应用于工业的第二次工业革命一、与科学无关的第一次工业革命1.第一次工业革命概览•第一次工业革命前的技术背景–技术基础：磨和简单机械•水磨、风磨具备了机器的基本要素：动力—原动机—传动装置—工作机•钟表：提供了生产中采用的自动机和自动运动的原理。–动力：人力、水力、风力等未发生能量形式转换的自然力。–特征：工匠的经验为主。•第一次工业革命概况–时间：18世纪（1765－1830）–地点：英国–事件起点：纺织机革新–工业革命标志：蒸汽机的发明和使用–动力体系：蒸汽动力–技术体系：机器大生产体系–技术物：蒸汽轮船，蒸汽火车等•工业革命主要表现在：–以机器取代人力–以大规模的工厂生产取代个体工场手工生产–以技术革新带来经济无限制的增长。•工业革命首先发生在英国，几大产业相互促进炼铁业煤炭业－抽水运输蒸汽动力的开发纺织业—蒸汽动力推动汽船－运河火车－铁路2.炼铁业•英国的炼铁业历史悠久，但燃料短缺限制了铁产量•1709年，工程师达比（AbrahamDarby）用焦炭代替木炭炼铁取得成功，1735年新工艺开始广泛运用•1760年，斯密顿发明水力驱动的鼓风机，提高了焦炭的温度，提高了炼铁的效率•1784年，亨利·科特发明搅拌法•18世纪英国的铁产量增加了10倍3.纺织业•英国人喜爱从印度进口的棉布，冲击了传统的毛纺织业。国会于1700年颁布禁止进口棉布的法令，给本国棉纺织业以发展机会。•纺纱技术与织布技术交替革新，造成相互促进和相互加速，你追我赶的局面纺纱机珍妮纺纱机（1770，哈格里夫斯）水力纺纱机（1768，阿克莱特）织布机飞梭（1733，凯伊）蒸汽机带动的织布机（1785，卡特拉特）自动骡机（1779，克隆普顿）•纺织业的新发明规定了工厂制度的发展方向：–大机器价格昂贵（只能为少数大资本家所有）、–体积庞大（只能安装在固定的大建筑即车间里）、–需要许多人维护（这些人就是工人）•1764年－1812年，纺织工人的劳动生产率提高了200倍4.蒸汽机的发明与改进•蒸汽动力机的发明–原始的蒸汽机模型：让蒸汽压力将水提升，蒸汽冷却后形成真空，又可以将水从低处吸入。–1679年，法国工程师巴本发明蒸煮器（高压锅），并在此基础上发明蒸汽机。–1698年，英国工程师萨弗里发明专门用来抽水的蒸汽泵，主要靠真空吸水，蒸汽压力压水。•纽可门机的发明–1712年，纽可门发明大气机，主要靠大气压力做功。由一个带活塞的气缸做功，蒸汽锅炉与之分离，气缸中加冷水喷射器。–纽可门机的缺陷：热量浪费太大，效率不高；只有简单的往复式线性运动。•瓦特发明的蒸汽机–为了使汽缸保持温度，单独增加一个冷凝器（事先抽成真空以引入高温蒸汽）–将活塞的直线往复运动转化成轮轴的旋转运动詹姆斯·瓦特发明的蒸汽机瓦特改良的蒸汽机（1736－1819）•问题1：瓦特蒸汽机是否得益于科学？–否，瓦特的成功得益于正确的营销手法。瓦特更多的代表的，是一个新兴的商人阶层的精神气质，而不是希腊科学的精神气质。他散布谣言说，高压蒸汽机安全有问题，使得他的竞争对手特里威西克没能成功；他抱怨贝托莱把他发现的氯化漂白过程公开了，无法申请专利以获利•问题2：瓦特是一个科学家吗？–是。他是皇家学会会员，但提交的论文并不是他对于蒸汽机的改进，而是“人造气体的药用价值”•蒸汽动力机发明的意义–瓦特蒸汽机的出现掀起了一场动力革命，将工业革命推向纵深，纺织业、采矿业、冶金业在瓦特机的带动下迅猛发展。5.运输机械的革命•汽船–1785年，美国菲奇将瓦特的蒸汽机用于帆船上–1800年左右，美国富尔顿继续制造汽船，1807年造出克莱蒙特号，采用明轮推进。–1838年，英国商船天狼星号利用蒸汽动力横渡大西洋•火车–由木路到铁路（采矿业）–1796年，英国特里维西克制造了第一辆火车–1814年，英国斯蒂芬逊造出第一辆实用火车，用于拉煤。1823年，斯蒂芬逊的火车投入商用–1830年，利物浦与曼彻斯特铁路线连通–美国（1828）、法国（1830）、德国（1835）–铁路业与钢铁业相互促进6.第一次工业革命的意义•蒸汽动力机的大量使用，使人从繁重的体力劳动中解放出来，人开始以其聪明头脑而非四肢肌肉为自己造福。•工业革命解除了对技术革新和经济增长的约束•工业革命使全体人民受到教育，客观上推进了“平等”的观念。7.与科学无关的工业革命•直到19世纪，技术进步和工业革命都与科学家群体无关–皇家学会早期为政府服务。钟表的制造靠的是钟表匠–瓦特也未受到布莱克潜热理论的启发–19世纪之前技术并未应用科学，学者传统与工匠传统不相往来–在工业革命中发挥作用的工程师，主要是那些未受过任何科学教育的民间工程师（civilengineer）二、科学应用于工业的第二次工业革命1.第二次工业革命概览•第二次工业革命前的技术背景：蒸汽机广泛应用–蒸汽机的缺点（1）蒸汽机的传导装置庞大而笨重，动力传导效率低（2）蒸汽动力车间所需燃料的运输既麻烦又不经济（3）机械传输系统传送能量不能流水作业•第二次工业革命概况–时间：19世纪中后期至20世纪初（1870－1930）–地点：美国、德国、俄国–事件起点：电动机的发明–工业革命标志：电力的广泛使用–动力体系：电力–技术体系：电动机器大生产体系–技术物：电灯、电话等2.电力革命•电磁学的发展使电气时代成为可能，并直接推动了第二次工业革命•电动机的发明–1821年，法拉第成功地使一根小磁针绕通电导线不停旋转，创造历史上第一台“婴儿”电动机–1834年，德国雅可比用电磁铁做转子，制成第一台实用电动机，1838年以此制成电动汽船–1850年，美国佩奇制造一台10马力的电动机早期的电动机都是直流电，费用极其昂贵，看不到商业价值。•发电机的发明–1831年，法拉第发现动磁可以生电，并制作出第一台模型发电机–1831年，法国发明家皮克希制造出手摇发电机，输出直流电，但电流微弱–1857年，英国惠斯通用电磁铁代替永磁铁，发明自激式发电机–1867年，德国的西门子发明自馈式发电机电动机械和电动器具机动性好、噪音小、无污染，1880年左右开始进入工厂车间•电力供应问题–直流电在远距离供电时损耗严重，而交流电可以解决有效传输问题，容易变压–1885年，交流感应电动机发明–1891年，三相交流发电机、三相异步电动机以及变压器均发明出来并投入使用。奥地利劳芬水电站的交流电通过170公里传到德国的法兰克福，输电效率达到80％3.爱迪生的发明•电力进入千家万户从电灯开始。•1860年代，电气开发热席卷美国。•1869年，发明自动收报机•1876年，发明留声机•1879年，发明碳化竹子做灯丝的电灯•1882年，在纽约建成世界上最大规模的电力系统，直流发电机达到六百多千瓦，为几千户提供照明，为电力事业的发展提供示范•1894年，制成第一台电影放映机。第一部电影《列车抢劫》爱迪生（1847－1931）与他发明的电灯•4.汽车•从蒸汽机到燃气机–蒸汽压加大，瓦特又发明了无冷凝器的双向式蒸汽机–特里维西克1800年发明高压蒸汽机–汽缸材料、加工、燃料，由外燃到内燃–燃料：煤气（1792）、煤油（1850）–1860年，法国勒努瓦（1822－1900）造出第一台煤气内燃机–1862年，法国德罗夏提出四冲程理论–1876年，德国奥托造出四冲程煤气内燃机–1883年，德国戴姆莱造出第一台汽油内燃机–1885年，戴姆莱研制出第一台汽油发动机的两轮“摩托车”–同年，德国本茨发明了汽油内燃机为引擎的三轮汽车–1886年，本茨（奔驰）发明四轮汽车–1888年，英国邓洛普发明充气轮胎–1892年，美国福特研制了美国第一部汽车•1900年，美国汽车销量4千辆；1911年，60万；1915年，89万；1927年，370万•1908年，福特公司生产1万辆；1913年，生产线上马生产30万。1924年200万辆。售价由850降至290美元。组装时间由12小时（1908），到93分钟（1913），到24秒（1927）•福特汽车的意义–使汽车由奢侈品变成为必需品–发明是需要之母–创造了技术型企业的典范：现代汽车工业•严密的组织机构，充分表达了技术系统的特征•汽车工业对其它产业的拉动作用•汽车工业对石油工业的依赖•汽车经济•汽车文化5.电讯与大众传媒•电气化的两个战线，一是电力，一是电讯。–电报：莫尔斯电码–电话：贝尔–无线电：马可尼、波波夫•电讯技术与大众传媒的发展，充分显示了技术创造文化的力量–广播与电视：由广告向音乐、戏剧、新闻、时事评论扩展，与传统的报刊杂志等媒体相竞争•电报：现代科技的结晶。电流一旦能被检测出来，它就成了信号的传播工具。电流一旦成为传播工具，瞬间传播就成了现实–1820年，奥斯特发现电流的磁效应，通电导线周围的磁针发生偏转。–1822年，安培设计出了磁针通信机。26个导线。–1836年，英国威廉库克制作了五磁针的电报机–1838年，莫尔斯发明电报机和莫尔斯电码–1844年，在莫尔斯鼓动下，由美国国会架设的第一条电报线路在美国铺通（巴尔的摩－华盛顿）–1846年，英国成立第一家电报公司–1847年，英法在英吉利海峡铺设第一条海底电缆–1858年，大西洋海底电缆铺成–当时的诗曰：“富兰克林的手，抓住了奔驰的骏马，驾驭这匹骏马的，是莫尔斯教授。”–电报激起民众的巨大热情–梭罗的反对。电报传来的只是阿德莱德公主得百日咳之类的消息。电报并没有解决人与人之间的沟通问题。–电报改变了传统报纸时效性差的局面，把新闻性突出出来。–科学通过传媒对社会发生作用，充分显示了技术不只是手段，而是一种世界构造的方式•电话–1875年，贝尔发明第一部实用的电话机–1877年，爱迪生发明碳精话筒–1914年，载波法运用于电话线路中，至70年代，一根电缆可以同时传递数千话路–20年代80年代以来，光纤通信成为主要的通讯方式贝尔试通电话•无线电–1894年，马可尼制成金属粉屑检波器，通过安装天线和地线，提高了无线电发射和接受的效率–1895年，马可尼实现1英里无线电通讯。1896年，9英里。1897年12英里。1898年18英里。–1901年实现了英国与加拿大之间的无线通讯–1909年，获诺贝尔物理学奖–1901年，俄国波波夫研制出无线电话接收机–1902年，美国费森登发明无线电话•无线电广播–1906年圣诞之夜，美国的费森登实现了无线电广播–1920年，美国匹茨堡地区首次出现定时的广播电台–无线电广播创造了新的文化空间，1939年一项调查显示，70％美国人把广播作为获得新闻的主要途径。–1884年，德国尼普科设计出图像分解方案即尼普科扫描圆盘。–1929年，英国贝尔德实现了电视传输，television一词据说就是他首先发明的。1930年电视机进入市场。•6.第二次工业革命的特点：–首先，自然科学的新发展，开始同工业生产紧密地结合起来，科学在推动生产力发展方面发挥更为重要的作用，它与技术的结合使第二次工业革命取得了巨大的成果。–其次，第二次工业革命几乎同时发生在几个先进的资本主义国家，新的技术和发明超过一国的范围，其规模更加广泛，发展也比较迅速。–最后，由于第二次工业革命开始时，有些主要资本主义国家如日本尚未完成第一次工业革命，对它们来说，两次工业革命是交叉进行的，它们既可以吸收第一次工业革命，又可以直接利用第二次工业革命的新技术，这些国家的经济发展速度也比较快。•7.第二次工业革命的影响•第二次技术革命后，以电力技术为核心的技术体系逐渐代替以蒸汽动力为核心的技术体系，自此之后工业生产规模越来越大，工业技术体系形成，生产力水平快速提高。•第二次工业革命促进生产力飞跃发展，使社会面貌发生翻天覆地的变化，形成西方先进、东方落后的局面，资本主义逐步确立起对世界的统治8.工业文明的扩散•城市人口首次达到50％的时间：–英格兰1850年–德国1900年–法国、美国，1920年–中国目前43％•核心产业：钢铁、纺织、铁路运输、电气化•殖民主义－帝国主义扩张。1914年，西