3.第一次技术革命与第一次工业革命

第一次技术革命与产业革命第一次技术革命与产业革命•第一次技术革命发生在18世纪30年代到18世纪末，以纺织机的改革为起点，蒸汽机的发明与使用为标志，这两项技术又引发了第一次产业革命。•思考题蒸汽机得以发明的社会需求什么？瓦特发明蒸汽机的过程中继承了哪些科技成果？•课程内容：一第一次技术革命的起点——纺织机改革二真空问题：托里拆利、帕斯卡、盖里克与波义尔三巴本——塞维利——纽可门的奠基工作四三大实验五瓦特的双向通用蒸汽机的发明六第一次产业革命英国产业革命的时代背景•1.17世纪，英国农业资本主义化完成。之前的圈地运动使大批农民成为城市无产者，为工业发展提供了人力资源。•2.早期商业资本家在殖民和海外贸易中积累了原始资本，其中多数人转化为工业资本家。•3.英国的天然资源丰富，开采煤和铁成为致富新途径。•4.广大的殖民地保障了广阔的商品市场。•5.1688年光荣革命与18世纪议会制形成后，资本主义在英国取得了统治地位。工作机与动力机问题浮现•18世纪前五十年，以牛顿力学为科学理论基础，以钟表机械工艺为技术基础，英国工场手工业勃兴。各种初级机械工艺迅速发展，如纺纱机、织布机、缝纫机、收割机、脱粒机、割草机、抽水机、榨油机等。这些机械以自然力为原动力，如人力、畜力、风力、水力等。•这样就有两个技术问题浮现了：•（1）如何进一步提高工作机的效率，——导致工作机革命。是第一次工业革命的前奏。•（2）如何进一步提高工作机所需的动力，——导致动力机革命。是第一次工业革命的主旋律。第一次技术革命Ⅰ.第一次技术革命的起点——纺织机改革1.飞梭的发明引发“纱荒”。15世纪末到16世纪初，英国约克夏郡西部农村毛纺织业发达，在激烈的市场竞争下，1733年，凯伊（1704-1774）发明了飞梭，使织布效率提高了一倍，打破了纺纱和织布之间的平衡，促使人们改进纺纱技术。第一次技术革命的起点——纺织机改革2.“珍妮纺织机”•其发明者詹姆斯•哈格里沃斯（H.Hagreaves,1720-1778,英国发明家）是英国一个普通工人。他既能织布，又会做木工。妻子珍妮是纺织能手，但当时纺纱技术的效率低，她起早贪黑，一天忙到晚，可纺纱总是不多。哈格里沃斯每次看到妻子既紧张又劳累的样子，总想把这老掉牙的纺车改进一下。•1764年的一天，他无意中把家里的纺车碰翻了，他看到原来水平放置的放车锤变成了垂直竖立，仍在不停地转动。这一偶然事件，使他得到启示：既然纺锤竖立时仍能转动，要是并排使用几个竖立的纺锤，不就可以同时纺出好几根纱了吗？他说干就干，终于试制成装有8个纺锤的新式纺织机，并给它命名为“珍妮纺织机”。哈格里夫斯1770年6月12日，哈格里夫斯发明的“珍妮纺织机”获得发明专利权，到1778年，英国就有了2万台，纺织效率一下提高了几十倍。恩格斯把这项发明称之为“使英国工人的状况发生根本变化的第一个发明。”第一次技术革命的起点——纺织机改革•3.水力纺纱机•珍妮纺纱机织出的纱不结实，1768年，英国人阿克莱特发明了水力纺纱机。1769年申请了专利。这种机器纺的纱结实，但不均匀。•4.骡机•1779年，英国工人克隆普顿综合了上述两种机器，发明了新的纺纱机，织出的纱结实又均匀。由于该机是综合性产品，故名之曰“骡机”。这大大提高了纺纱效率，推动了英国的纺织技术革命。纺纱技术的改进使织布向机械化过渡•纺纱机的改进解决了纱荒问题，但又使得织布的效率落后于纺纱。•1785年，英国的卡特赖特发明了用蒸汽机带动的织布机，于1792年制成了实用的织布机。•1804年，法国的杰夸发明了能织各种花彩的织布机。•到1813年英国人霍尔勒克斯把木制机改为铁制机。纺织机改革的意义•纺织机的改革，以及由此促进的织布机的改革，使得在纺织业内部基本上用机器生产代替了手工操作。•第一次技术革命首先在纺织业展开，它意味着工厂时代的到来，使人类的生产进入狂飙时期。Ⅱ.蒸汽机的发明蒸汽机发明的内容提要•（一）真空问题•（二）三大实验•（三）巴本——塞维利——纽可门的奠基工作•（四）瓦特的双向通用蒸汽机1.包尔塔的蒸汽压力试验•16世纪末，意大利那不勒斯大学教授包尔塔（1538-1615）为了研究蒸汽动力，设计了蒸汽压力实验。真空问题•1亚里斯多德：自然厌恶真空。即，自然界中没有真空。•2.包尔塔的蒸汽压力试验中意大利、法国和英国受到重视，人们开始研究大气压力问题。•3.最先关注大气压力的是伽利略。1641年，托里拆利在伽利略的指导下进行大气压力实验。但不久伽利略即病逝。托里拆利在1643年与助手一道进行了一次最初的大气压力实验。托里拆利的大气压力实验托里拆利（1608-1647），意大利物理学家。•托里拆利实验：在一根四英尺长、一端封闭的玻璃管内注满水银，，用手堵住开口的一端将管子倒立放入水银盘，松开手水银向下流，但流到水银柱高约30英寸（760毫米）时，水银不再下流了。•这说明，大气压力确实存在。托里拆利实验的意义•发现了大气压力和真空，导致水银气压计的发明。•为了纪念他最初发现真空的功绩，后来人们把水银计中的真空称为“托里拆利真空”。帕斯卡的大气压力实验布莱斯·帕斯卡•1623年出生于法国，只活了39岁，却在科学、哲学和文学上都创下了不朽的业绩。•通过在海拔较高的地方进行的多次实验，进一步支持了托里拆利关于大气压力的观点。并发现大气压力与空气密度成正比。•进一步研究了液体的静力学，提出了著名的帕斯卡原理（作用于密闭液体中的压力可以完全传递到液体内部的任何一处，并且垂直地作用于它所接触的任一界面上。）真空作用实验格里凯•1602年出生于德国的名门望族，早年游学于荷兰、法国和英国，学习法律和数学，1646年当上马德堡市的市长•1654年进行马德堡半球实验：使真空和大气压力为世人所接受。波义耳•罗伯特·波义耳（RobertBoyle，1627—1691），英国化学家，1661年出版《怀疑派化学家》，把化学确立为科学。•他曾研究过气体物理学、气象学、热学、光学、电磁学、无机化学、分析化学、化学、工艺、物质结构理论以及哲学、神学。其中成就突出的主要是化学。•1680年波义耳被选为皇家学会会长，拒绝就任。波义耳定律•波义耳证实了在真空中，羽毛和铅块果然同时下落；声音在真空中不能出传播；电吸引力可以穿透真空。•波义尔-马略特定律：在压缩空气时，压强越大，空气体积越小。即气体的体积与压力成反比。（1662年提出）巴本蒸汽泵（1680）•法国物理学家、工程师巴本（Papin,1647-1712），求教与惠更斯，受到波义耳的邀请去英国一起工作，巴本学习到了系统的气体力学知识。•1674年开始，巴本致力于蒸汽泵实验设计，相继引进了气缸、活塞，发明了安全阀，于1680年，设计成功。•巴本蒸汽泵综合了蒸汽压力实验、大气压力实验、真空作用实验的成果，综合了波义耳和胡克等人的理论成果，是实验科学的产物。塞维利蒸汽泵•塞维利在包尔塔蒸汽压力的基础上，改进了气缸和锅炉，于1695年制作成了能用于矿井排水的蒸汽泵，他称为“蒸汽机”，誉为“矿工之友”。纽可门蒸汽机•纽可门（1663-1729）拜访胡克，学习到了巴本蒸汽泵的原理，以及一些必要的科学实验和理论知识。•不久，他联合考利、塞维利，组成了一个创新小组。改进了塞维利蒸汽泵的两个缺点：热效率太低、不是典型的动力机。他引进了活塞装置，发明了传动机构。于1705年发明了第一台可作为动力机的蒸汽机。•纽可门蒸汽机实现了当时蒸汽技术的又一次大综合，树立了把学者传统和工匠传统相结合的范例。•（中世纪，学者与工匠彼此分离。）瓦特（1736-1819）•詹姆斯·瓦特（1736年1月19日-1819年8月25日）是英国著名的发明家，是工业革命时期的重要人物。英国皇家学会会员和法兰西科学院外籍院士。•他改良了蒸汽机、发明了气压表、汽动锤。后人为了纪念他，将制中功率和辐射通量的计量单位称为瓦特，常用符号“W”表示。瓦特蒸汽机•瓦特对于纽可门蒸汽机的改进：使气缸与冷凝器分离提高热效率、将直线往复运动变为连续的圆周运动。•1783年，瓦特制成第一台蒸汽机，1784年投入使用，热效率大大提高，耗煤量只有纽可门蒸汽机的1/3。1787年，瓦特取得了专利。•蒸汽机的广泛使用，引起了欧洲的产业革命。瓦特蒸汽机蒸汽机的发明和使用的年代，被称为“蒸汽机时代”。第一次工业革命蒸汽动力引起的第一次工业革命•第一次工业革命以蒸汽机为主要标志。兴起于18世纪中期，完成与19世纪40年代。•蒸汽机技术是基础技术，轮船、火车以及其他以蒸汽机为动力的工作机是蒸汽机的主要应用领域，这样就形成了蒸汽技术体系。•19世纪40～60年代，英国、法国、德国、荷兰、美国相继完成了第一次工业革命，实验了从工厂手工业向机器大工业的生产方式的变革，并因此进入蒸汽时代。第一次工业革命的硕果•纺织业大大发展，1788年英国的毛纺织业年产量为75000匹，到1871年采用蒸汽机后，猛增到190000匹。•采矿业大大发展。1795年，英国采煤量达1000万吨。•冶铁也大大发展，到1806年，英国达258000吨。•机器制造业和运输业也大大发展。•工业革命深入发展，使英国的工业结构、市场结构和人口分布发生变化。到19世纪初，英国城市人口达全国人口的67%。英国工业革命时期的一座煤矿18世纪英国钢铁冶炼技术的革新•1.欧洲冶铁历史较长，但小作坊用木炭液体，工艺粗糙，到18世纪初产量仍较低。•2.1735年，达比发明焦炭炼铁法，可炼出优质铁，得到迅速推广。•3.1750年，亨茨曼发明坩锅炼钢法，使铁水与空气隔绝，炼出较纯净的钢。•1760年，斯密顿发明水力鼓风机，1780s瓦特发明蒸汽机，都大大提高了炼铁效率。•1784年，科特发明搅拌法，炼出熟铁，使炼铁技术上了一个新台阶。•经过钢铁技术的不断革新，18世纪末，英国率先进入钢铁时代。水上运输业的变革•美国工程师富尔顿（Fulton,1765-1815）于1807年发明并制造了第一艘能用于实际运输的汽船“克勒蒙号”。这标志着汽船时代的开始。•1838年汽船横渡大西洋成功。风帆被淘汰。•在造船材料上，到1850年，木船已全部被铁船淘汰。•到二十世纪初，汽船已成为美国和许多欧美国家的内河航运的主要交通工具。陆路运输业的变革•17世纪末到18世纪初，采矿业的发展使得矿山上的矿产品的运输成为问题。1738年，英国出现了第一条铁轨，马车在上面行使。•1814年，英国工程师斯蒂芬逊造出了第一台具有实用意义的蒸汽机车，载重30吨的行使速度为7公里左右。•1825年，斯蒂芬逊设计制造了第一列客货两用的火车，共12节车厢，用蒸汽作为动力。•自此以后，铁路运输在全世界推广开来。化工技术的发展•纺织业推动了一大批其他产业。•棉麻织物的后期加工包括漂白、洗涤和染色，这大大推动了化学工业的发展。人类进入蒸汽时代•19世纪40～60年代，英国、法国、德国、荷兰、美国相继完成了第一次工业革命，实验了从工厂手工业向机器大工业的生产方式的变革，并因此进入蒸汽时代。本讲结束