Научные изобретения промышленной революции

   Научные изобретения промышленной революции 

   Промышленная  революция началась в Великобритании в последней трети XVIII века и приняла  в первой половине XIX века всеобъемлющий  характер, охватив затем и другие страны Европы и Америки.

   В период XVII века Англия начала обгонять мирового лидера Голландию по темпам роста капиталистических мануфактур, а позже и в мировой торговле и колониальной экономике. К середине XVIII века Англия становится ведущей  капиталистической страной. По уровню экономического развития она превзошла  остальные европейские страны, располагая всеми необходимыми предпосылками  для вступления на новую ступень  общественно-экономического развития — крупное машинное производство.

   Промышленная  революция сопровождалась и тесно  с ней связанной производственной революцией в сельском хозяйстве, ведущей  к радикальному росту производительности земли и труда в аграрном секторе. Без второй первая просто невозможна в принципе, так как именно производственная революция в сельском хозяйстве  обеспечивает возможность перемещения  значительных масс населения из аграрного  сектора в индустриальный. 

   Паровой двигатель

   В мировой истории начало промышленной революции связывают с изобретением эффективного парового двигателя в  Великобритании во второй половине XVIII века. Хотя само по себе подобное изобретение  вряд ли бы что-то дало (необходимые  технические решения были известны и раньше), но в тот период английское общество было подготовлено к использованию  инноваций в широких масштабах. Это было связано с тем, что  Англия к тому времени перешла  от статичного традиционного общества к обществу с развитыми рыночными  отношениями и активным предпринимательским  классом. Кроме того, Англия располагала  достаточными финансовыми ресурсами (так как была мировым торговым лидером и владела колониями), воспитанным в традициях протестантской трудовой этики населением и либеральной  политической системой, в которой  государство не подавляло экономическую  активность.

   Первой  попыткой использования парового двигателя  в промышленности считается водяной  насос Томаса Севери, запатентованный в 1698 г. Но он не был успешным из-за частых взрывов бойлера и ограниченной мощности. Более совершенной была машина Томаса Ньюкомена, разработанная к 1712 г.[2][3] По-видимому, Ньюкомен использовал ранее полученные экспериментальные данные Дени Папена, который изучал давление водяного пара на поршень в цилиндре и поначалу нагревание и охлаждение пара для возвращения поршня в исходное состояние производил вручную.

     Насосы Ньюкомена нашли применение в Англии и других европейских странах для откачивания воды из глубоких затопленных шахт, работы в которых без них производить было бы невозможно. К 1733 г. их было куплено 110, из которых 14 на экспорт. Это были большие и дорогие машины, очень неэффективные по современным стандартам, но они себя окупали там, где добыча угля обходилась сравнительно дешево. С некоторыми усовершенствованиями их до 1800 г. произвели 1454 штуки, и они оставались в употреблении до начала XIX в.

   Наиболее  известная из ранних паровых машин  разработка Дж. Уатта была предложена в 1778 г. Уатт существенно усовершенствовал механизм, сделав его работу более  стабильной. Одновременно мощность увеличилась  примерно в пять раз, что дало 75 % экономию в себестоимости угля. Еще  более важные последствия имел тот  факт, что на базе машины Уатта стало  возможно преобразование поступательного  движения поршня во вращательное, то есть двигатель теперь мог крутить  колесо мельницы или фабричного станка. Уже к 1800 г. фирма Уатта и его  компаньона Болтона произвела 496 таких механизмов, из которых только 164 использовались как насосы. Еще 308 нашли применение на мельницах и фабриках, а 24 обслуживали доменные печи.

   В 1810 г. в Англии насчитывалось 5 тыс. паровых  машин, а в следующие 15 лет число  их утроилось.

     Появление металлорежущих станков,  таких как токарный, позволили  упростить процесс изготовления  металлических частей паровых  машин и в дальнейшем создавать  все более совершенные и для  разнообразных целей. К началу XIX в. английский инженер Ричард Тревитик и американец Оливер Эванс совместили бойлер и двигатель в одном устройстве, что позволило далее использовать его для движения паровозов и пароходов. 

     Текстильная промышленность

   В начале XVIII в. британская текстильная промышленность еще была основана на обработке местной шерсти индивидуальными ремесленниками. Эта система называлась «коттеджной индустрией», так как работа выполнялась на дому, в небольших домиках-коттеджах, где проживали ремесленники со своими семьями. Требующее более тонкой обработки изготовление нитей из льна и хлопка в средневековой Англии широкого распространения не получило, поэтому текстиль из хлопка импортировали из Индии.

   Изобретение в 1733 г. летучего челнока увеличило  спрос на пряжу. В 1738 г. была создана  машина, прявшая нить без участия  человеческих рук, а в 1741 г. близ Бирмингема открылась фабрика, прядильную машину на которой приводил в движение ослик. Владельцы фабрики, Пол и Вятт, вскоре открыли новую фабрику близ Нортгемптона, оснащенную уже пятью прядильными машинами с полусотней челноков на каждой, которая работала до 1764 г. В 1771 г. в Кромфорде, Дербишир, начала работать прядильная фабрика Аркрайта, который поощрял изобретательство, и его машины были усовершенствованы, теперь они приводилась в движение водяным колесом. Кроме того, теперь кроме шерсти на новых машинах стало возможно обрабатывать и растительное волокно, импортируемое из Америки. К 1780 г. в Англии насчитывалось 20, а еще через 10 лет — 150 прядильных фабрик и на многих из этих предприятий работало по 700—800 человек.

   Затем водяное колесо начали заменять паровой  машиной. В период с 1775 по 1800 г. заводы Уатта и Болтона в Сохо выпустили 84 паровые машины для хлопчатобумажных фабрик и 9 машин — для шерстяных фабрик. К середине XIX века ручное ткачество в Великобритании почти совершенно исчезло. В текстильной промышленности большую роль сыграл так называемый сельфактор, обеспечивший механизацию прядильных процессов.

     Основной отраслью английской  промышленности в первой половине XIX века было производство хлопчатобумажных  тканей. Новые машины позволяли  получать 300 и более процентов  прибыли в год и выпускать  дешевые ткани, которые продавались  по всему миру. Это был колоссальный  промышленный бум, производство  тканей увеличилось в десятки  раз. Однако для новых фабрик  требовалось сырье – хлопок; поначалу  хлопок был дорог из-за того, что его очистка производилась  вручную. В 1806 году американец  Эли Уитни создал хлопкоочистительную  машину; после этого в южных  штатах наступила “эра хлопка”,  здесь создавались огромные хлопковые  плантации, на которых работали  рабы-негры. Таким образом расцвет американского рабства оказался непосредственно связан с промышленной революцией. 

   Машиностроение

   В средневековой Европе изготовлением  механизмов занимались мастера часовых  дел и изготовители навигационных  и научных инструментов. Детали часовых  механизмов даже использовали при изготовлении первых прядильных станков. Многие детали изготавливали из дерева плотники, поскольку металл был дорог и  труден в обработке.

   С появлением все возрастающего спроса на металлические детали прядильных станков, паровых машин, а также  сеялок и других механизмов введенных в употребление в британском сельском хозяйстве с начала XVIII в., были изобретены токарные станки, а в первой половине XIX в. фрезерный и другие станки для металлообработки.

   Среди других ремесел, требовавших высокоточной обработки металла, было изготовление замков. Одним из самых известных  механиков, прославившихся в изготовлении замков, был Джозеф Брама. Его ученик Генри Модсли впоследствии работал для королевского флота и сооружал машины для производства шкивов и блоков. Это был один из первых примеров поточного производства со стандартизацией деталей. 

   Металлургия и транспорт

   Увеличение  числа машин вызвало повышенную потребность в металле и это  потребовало развития металлургии. Главным достижением этой эпохи  в металлургии была замена древесного угля, использовавшегося средневековыми кузнецами, на каменноугольный кокс. Его ввел в употребление в XVII в. Клемент Клерк и его мастера кузнечных дел и литья.

   С 1709 г. в местечке Коулбрукдэйл Абрахам Дарби, основатель целой династии металлургов и кузнецов, использовал кокс для получения чугуна из руды в доменной печи. Из него поначалу делали лишь кухонную утварь, которая отличалась от работы конкурентов лишь тем, что ее стенки были тоньше, а вес меньше. В 1750х годах сын Дарби построил еще несколько домен, и к этому времени его изделия были еще и дешевле, чем изготовленные на древесном угле. В 1778 г. внук Дарби, Абрахам Дарби III, из своего литья построил в Шропшире знаменитый Железный мост, первый мост в Европе, полностью состоящий из металлических конструкций.

     Для дальнейшего улучшения качества  чугуна в 1784 г. Генри Корт  разработал процесс пудлингования.  Рост производства и улучшение  качества английского металла  к концу XVIII в. позволило Великобритании  полностью отказаться от импорта  шведского и русского железа. Развернулось сооружение каналов,  позволявших перевозить уголь  и металлы. 

   С 1830 по 1847 г. производство металла в  Англии возросло более чем в 3 раза. Применение горячего дутья при плавке руды, начавшееся в 1828 г., втрое сократило  расход топлива и позволило использовать в производстве низшие сорта каменного  угля, С 1826 по 1846 г. экспорт железа и  чугуна из Великобритании увеличился в 7,5 раза.

   Огромное  значение имело появление железных дорог. Первый паровоз был построен в 1804 году Ричардом Тревитиком. В последующие годы многие инженеры пытались создавать паровозы, но самым удачливым из них оказался Георг Стефенсон, который в 1812—1829 гг. предложил несколько удачных конструкций паровозов. Его паровоз был использован на первой в мире железной дороге общественного пользования из Дарлингтона к Стоктону, открытой в 1825 г. После 1830 г. в Великобритании началось быстрое строительство железных дорог. 

   Промышленная  революция дала в руки европейцев новое оружие – винтовки и стальные пушки. Уже давно было известно, что  ружья с нарезами в канале ствола придают пуле вращение, отчего дальность  увеличивается вдвое, а кучность в 12 раз. Однако зарядить такое ружье  с дула стоило немалого труда, и скорострельность была очень низкой, не более одного выстрела в минуту. В 1808 году по заказу Наполеона французский оружейник  Поли создал казнозарядное ружье; в бумажном патроне помещались порох и затравка, взрываемая уколом игольчатого ударника. Если бы Наполеон вовремя получил такие ружья, он был бы непобедим – но дело в том, что изготовление казенного затвора требовало ювелирной точности, а у Поли не было высокоточного токарного станка. Позже, когда появился станок с суппортом Модсли, помощник Поли, немец Дрейзе сконструировал игольчатое ружье, которое было в 1841 году принято на вооружение прусской армии. Ружье Дрезе делало 9 выстрелов в минуту – в 5 раз больше, чем гладкоствольные ружья других армий. Дальность выстрела составляла 800 метров – втрое больше, чем у других ружей.

   Одновременно  произошла еще одна революция  в военном деле, вызванная появлением стальных пушек. Чугун был слишком  хрупок и чугунные пушки часто разрывались при выстреле; стальные пушки позволяли использовать значительно более мощный заряд. В 1850-х годах английский изобретатель и предприниматель Генри Бессемер изобрел бессемеровский конвертер, а в 60-х годах французский инженер Эмиль Мартен создал мартеновскую печь. После этого было налажено промышленное производство стали и производство стальных пушек. В России первые стальные пушки были изготовлены на златоустовском заводе под руководством П. М. Обухова; затем было организовано производство на заводе Обухова в Петербурге. Наибольших успехов в производстве артиллерийских орудий достиг немецкий промышленник Альфред Крупп, в 60-х годах Крупп наладил массовое производство казнозарядных нарезных орудий. Винтовки Дрейзе и пушки Круппа обеспечили победы Пруссии в войнах с Австрией и Францией – могущественная Германская империя была обязана своим рождением этому новому оружию. 

   Химикаты

   Промышленная  революция сделала возможным  промышленное производство некоторых  наиболее востребованных на рынке химикатов, чем было положено начало развитию химической промышленности. Серная кислота  была известна еще в средние века, но получали ее из окислов, образующихся при сжигании минеральной серы, в  стеклянных сосудах. В 1746 г. Джон Ребук заменил их на более объемистые свинцовые, чем значительно увеличил производительность процесса.

   Другой  важной задачей было производство щелочных соединений. Метод промышленного  производства карбоната натрия был  разработан в 1791 г. французским химиком  Никола Лебланом. Он смешивал серную кислоту с поваренной солью и получаемый сульфат натрия нагревал со смесью известняка и угля. Смесь продуктов реакции обрабатывали водой, из раствора получали карбонат натрия, а нерастворимые вещества (известняк, уголь и сульфид кальция) отбрасывали. Хлороводород поначалу также загрязнял атмосферу производственных помещений, но позже его научились использовать для получения соляной кислоты. Метод Леблана был прост, дешев и давал значительно более доступный продукт, чем ранее использовавшийся метод получения соды из золы растений.

     Карбонат натрия использовали  во множестве производственных  процессов, в том числе для  изготовления мыла, стекла, бумаги, а также в текстильной промышленности. Серная кислота кроме производства  соды также находила применение  для удаления ржавчины с металлических  изделий и в качестве отбеливателя  для тканей. Лишь к началу XIX в.  Чарльз Теннант и Клод Луи Бертолле разработали более эффективный отбеливатель на основе хлорной извести. Фабрика Теннанта по производству нового отбеливателя в течение длительного времени оставалась крупнейшим в мире химическим предприятием.