第四节 近代技术的形成与发展

一、近代技术的形成--第一次产业革命
第一次技术革命发生于18世纪60年代的英国，这与当时英国的社会条件密不可分。英国资产阶级上台一百多年来，对内进行了农业资本主义改革，大规模的圈地运动，封建庄园变成了资本主义牧场。失去土地的农民成为城市工业的"自由"劳动力。资产阶级还采取了一系列保护私人财产、鼓励工商业发展、奖励技术发明、优待欧洲大陆的能工巧匠等政策。对外不断扩建殖民地，扩大海外贸易，掠夺各地资源，贩卖黑奴等，积累了巨额资金。从而使英国成为第一次技术革命的发源地。这场革命首先从棉纺织业开始，以蒸汽机的发明为基础，从而带动各个产业部门实现了从手工生产向机器生产的转化，最终用机器代替了人的部分体力劳动，使人类社会从农业社会跨进了工业社会。
(一)纺织技术
1733年，织布工人凯伊发明了织布用的飞梭，提高了织布效率一倍而引起严重的"纱荒"，导致了纺织技术不断革新的局面。1765年，纺织工人哈格里沃斯发明了多轴纺纱机即"珍妮机"，揭开了第一次技术革命的序幕。1769年，理发匠阿克莱特发明了使线更结实的水力纺纱机。1779年，工人克伦普顿综合了珍妮机与水力机的优点，发明了纺线既匀称又结实的走锭精纺机即自动"骡机"，大大提高了纺纱的数量和质量，初步完成了纺纱机的革新，却引起了新的不平衡。1785年，牧师卡特莱特发明了用水力推动的卧式自动织布机，提高效率40倍，基本解决了纺纱与织布的矛盾。随之而来的是一系列与纺织配套的机器发明，先后出现了净棉机、梳棉机、轧棉机、自动卷布机、漂白机、整染机等机器，实现了纺织行业的机械化，并带动相关的行业，如毛纺织业、造纸业、印刷业等出现机械化浪潮。
(二)蒸汽机技术
工作机的大量出现形成了机器与动力不足的矛盾，导致了对已有蒸汽机的革新。格拉斯哥大学的仪器修理工瓦特，1763年在修理当时矿山提水用的纽可门蒸汽机时，受布莱克教授关于"比热""潜热"知识启发，发现纽可门蒸汽机效率低的主要原因，是由于机器每完成一次冲程，汽缸就必须冷却一次，下一冲程时再加热汽缸，这样反复冷凝、加热，把大量热能白白消耗掉了。于是从1765年到1784年期间，瓦特对纽可门蒸汽机进行了一系列根本性的改革。首先研制成功了与汽缸分离的单独的冷凝器，大幅度提高了蒸汽机的热效率。然后采用一套连杆曲柄传动机构，把蒸汽机的直线运动改为圆周运动，使蒸汽机带动其它机械作功成为可能。接着，他还设计了飞轮、进气阀门、离心调速器等，解决了蒸汽机连续而稳定的向外输出动力的问题。经瓦特改革的蒸汽机，通过传动装置，成为大工业普遍应用的动力机。
(三)机器制造技术
各种机器的出现，带动着机器制造技术的发展。1775年工程师威尔金森改革了斯米顿制造的镗床，提高了加工精度，用它加工的汽缸内径的误差只有1毫米。17 97年，英国机械师享利·毛兹利制造出了全金属的大型车床，车床上装有滑动刀架，改变了以往用手拿工具进行加工作业的方法，克服了手工操作很难按尺寸要求加工的缺陷，使得一般工人也能迅速而准确地加工部件。这两项发明在机床发展史上占有重要地位，标志着金属加工技术发生了质的飞跃。到19世纪50年代，龙门刨床、铣床、钻床、打孔机、开槽机等机床先后问世，机器制造业完成了从手工向机器操作的过渡，并且进入了用机器制造机器的时代。
(四)钢铁冶炼技术
英国18世纪以前用木炭炼铁，18世纪后由于木炭短缺改用煤炼铁。但英国煤炭中含有硫等杂质，所炼出的铁质地很脆，难以使用。1735年，英国人达比首先发明了把煤炭炼焦炭，再用焦炭炼铁的方法。燃料问题的解决使英国的铁产量迅速增长。到1750年钟表匠享兹曼发明了用坩埚炼钢的方法，坩埚用耐火泥制成，将生铁投入坩埚后将埚封闭，由于铁水与空气隔绝，炼出的钢相当纯净。 1784年，工程师享利·科待又发明了搅炼法，让铁水在不停的搅动中脱碳，冷却后锻压即成熟铁。搅炼法的出现为精炼优质铁开辟了一条广阔的道路。到18世纪末，英国已成为欧洲重要的钢铁出口国，率先进入钢铁时代。
(五)交通运输技术
1807年，美国工程师富尔顿(R.Fulton,1765～1815)发明了轮船。船长40米，宽4米，所用蒸汽机是13.4千瓦。1836年――1838年间，"天狼星"号和"大西洋"轮船完成了横渡大西洋的航行，以后轮船的航速不断加快，到1860年，"格利特伊斯坦"号横渡大西洋只用了11天，水上航行开始进入蒸汽机时代。与此同时，陆路运输的蒸汽机车也逐渐成熟并投入使用。1814年，英国煤矿工人斯蒂芬逊(XXXXephenson,1781～1848)建造出第一台可供实际使用的蒸汽机车，1825年，又制造出第一台客货混合运输的蒸汽机车。此后，火车作为重要的交通工具进入实用阶段。1836年，从利物浦到曼彻斯特铁路正式通车，仅10年时间，英国和爱尔兰铁路就增加到1350公里，到19世纪40年代，世界铁路总长达9 000公里。
(六)化工技术
化工技术在其它生产技术发展的推动下，也随之兴起。1746年，英国医生罗巴克发明铅室制造硫酸的方法，由此开始了硫酸的工业化生产。1791年，法国医生路布兰发明了以氯化纳为原料的制碱方法。他先将食盐和硫酸化合得到硫酸钠，然后再让硫酸纳与石灰、木炭相作用，从而得到碳酸钠，这一制碱法在19世纪上半叶发展很快。为了提高粮食产量，人们开始研究植物所需的肥料成份，并开始了人工制造肥料的历史，到19世纪40年代，德国、英国等欧洲国家陆续建立了磷肥厂、氮肥厂、钾肥厂，使化肥工业获得发展。同时，有机化学合成技术也有了较大发展。1845年，德国化学家霍夫曼在煤焦油中首先发现苯胺，英国化学家用苯胺合成奎宁时，意外地发现了优良染料--笨胺紫。1856年英国人帕金建成了世界第一个合成煤焦油染料工厂。不久，人们从煤焦油中已能提取大量芳香族化合物，并以这些物质为原料，制成种类繁多的香料、杀菌剂、炸药、药品等。
二、近代技术的发展--第二次技术革命
19世纪中叶，当第一次技术革命的成果在欧洲大陆全面推广之际，伴随着近代自然科学的全面繁荣，西方人又迎来了第二次技术革命。这场革命的标志是电力应用。以电机和电力传输、无线电通讯等一系列发明为代表，实现了电能与机械能等各种形式的能量之间的相互转化，给工农业生产提供了远比蒸汽动力更为强大而方便的能源，并由此发展了电力、电化工、汽车、航空、电子等一大批技术密集型新兴产业，原有的资本密集型工业开始向技术密集型工业转移，人类社会从蒸汽时代进入电气时代。
(一)电力技术
在电磁理论的指导下，不少工程师和科学家进行着发电机和电动机的研究。1866年，德国的发明家、商人沃纳·西门子(E.Werner Von Siemens,1816～1892)用电磁铁代替永久磁铁，并靠电机自身发出的电流为自身电磁铁励磁，制造出了第一台能提供强大电流的自激式发电机，从而打开了近代强电技术大门。1873年，德国人阿尔特涅克又研制成功了鼓状转子，使发电机能产生更加均匀的电流，从此发电机得以广泛推广而进入实用阶段。19世纪70年代，电动机进入了实用阶段，1879年，出现了电动机驱动的电车，此后还出现了电梯、起重机、电动机车等。尤其是 19世纪80年代后，法国物理学家、电气技师德普勒研制出第一条高压输电线路，采用英、美、德、俄等国电气工程技术人员发明的三相发电机、电动机、变压器，最终建立了三相交流供电系统。由于三相交流电容易变换电压，高压输电电能损耗小，从而降低了远距离供电成本，使电力很快成为整个工业部门普遍使用的强大动力。
(二)电讯技术
电磁理论的建立不仅推动着电力技术的发展，而且还推动着电讯技术的发展。早在1838年美国的莫尔斯(XXXXXXrse,1781～1872)在亨利的帮助下，就发明了由点划组成的电报电码，制造出了第一台有发展前途的电报机。 1844年，美国政府资助莫尔斯在华盛顿和巴尔的摩之间建成了一条长64公里的电报线路，电报进入实用阶段。1876年，美国人贝尔(XXXXXXll,1847～1922)发明了电话。不久美国人爱迪生又解决了长距离通话的问题，电话很快得到普及。如果说早期的电讯技术局限于有线通讯方面，那么，到19世纪末，自从德国科学家赫兹用实验验证电磁波的存在以后，利用电磁波进行无线通讯的研究吸引了不少人。其中最成功的是意大利发明家马可尼。1895年，马可尼(XXXXrconi,1874～1937)用英国人洛奇制作的粉末检波器和自制的接收机、发射机、天线，进行了多次电磁波传递信号的实验。1896年，收发距离达到14.5公里，1899年，收发距离增大到50公里，1901年，无线电信号从英国跨越大西洋，传送到加拿大，为无线电在全球的应用打开了大门。
(三)内燃机技术
19世纪中叶，一批工程技术人员在热力学理论的指导下，开始了内燃机的研制。1860年，法国人雷诺研制出第一台电点火的煤气内燃机，但热效率只有4％。1862年，法国工程师罗沙斯为提高内燃机效率进行了理论分析，提出了等容燃烧的四冲程循环原理。1876年，德国工程师奥托依据罗沙斯提出的原理，研制出第一台四冲程往复活塞式内燃机。1883年，与奥托合作的德国工程师戴姆勒，用汽油代替煤气作内燃机的燃料，制成了第一台汽油内燃机。从此，马力大、体积小、重量轻、效率高的内燃机成为交通工具的主要动力，并带动了汽车工业的迅速崛起。1892年，德国工程师狄塞尔成功地研制出了完全靠压缩点火燃烧的柴油内燃机，成本降低，而热效率和输出功率进一步提高，柴油机成为重型运输工具如拖拉机、机车、轮船等的发动机。柴油机的发明还促使两种热机：燃汽轮机和蒸汽涡轮机的相继问世，为电力工业的发展提供了更强大的动力机。
(四)钢铁冶炼技术
1855年，英国发明家贝塞麦(XXXXssemer,1813～1898)发明了"吹气精炼法"，将炼钢炉从固定式的结构改为可转动的形式，这种转炉炼钢法用大约10分钟时间，就可把十吨左右的生铁炼成熟铁或钢，且费用减少 10倍。 1864年至 1868年，法国人马丁(XXXXXXrtin,1824～1915)和德国人威廉·西门子(William Simens,1823～1883)发明了"西门子一一马丁炼钢法"（又称平炉炼钢法）。平炉炼钢法与转炉炼钢法相比较，点燃熔炼的时间长些，但产量高，一炉能炼出上百吨钢水，钢的质量较稳定均匀，能生产优质钢。因此，平炉和转炉炼钢法并驾齐驱，为钢产量的大幅度上升做出了贡献。据资料统计，19世纪80年代全世界钢产量只有70万吨，到1900年，钢产量迅速增加到2 783万吨。