Технічні досягнення кінця xix - початку xx століття - студопедія

В кінці XIX століття наступила «епоха електрики». Якщо перші машини створювалися майстрами самоучками, то тепер наука владно втрутилася в життя людей - впровадження електродвигунів було наслідком досягнень науки. «Епоха електрики» почалася з винаходу динамо-машини, генератора постійного струму; його створив бельгійський інженер Зіновій Грам в 1870 р Внаслідок принципу оборотності машина Грамма могла працювати як в якості генератора, так і в якості двигуна; вона могла бути легко перероблена в генератор змінного струму. У 1880-х рр. працював в Америці на фірмі «Вестінгауз електрик» югослав Нікола Тесла створив двофазний електродвигун змінного струму. Одночасно працював в Німеччині на фірмі АЕГ російський електротехнік Михайло Доліво-Добровольський створив ефективний трифазний електродвигун. Тепер завдання використання електроенергії впиралася в проблему передачі струму на відстань. У 1891 р відбулося відкриття Всесвітньої виставки у Франкфурті. На замовлення організаторів цієї виставки Доливо-Добровольський створив першу ЛЕП високої напруги і трансформатор до неї; замовлення передбачав такі стислі терміни, що не проводилося ніяких випробувань; система була включена - і відразу почала працювати. Після цієї виставки Доливо-Добровольський став провідним іелектротехніком того часу, а фірма АЕГ стала найбільшим виробником електротехніки. З цього часу заводи і фабрики стали переходити від парових машин до електродвигунів, з'явилися великі електростанції і лінії електропередач.

Великим досягненням електротехніки було створення електричних ламп. За рішення цієї задачі в 1879 р взявся американський винахідник Томас Едісон; його співробітники виконали понад 6 тисяч дослідів, пробуючи для нитки розжарювання різні матеріали, найкращим матеріалом виявилися волокна бамбука, і перші лампочки Едісона були «бамбуковими». Лише через двадцять років за пропозицією російського інженера Лодигіна нитка розжарення стали виготовляти з вольфраму.

Електростанції вимагали двигунів дуже великої потужності; це проблема була вирішена створенням парових турбін. У 1889 р швед Густав Лаваль отримав патент на турбіну, в якій швидкість витікання пара досягала 770 м / с. Одночасно англієць Чарлз Парсонс створив багатоступінчасту турбіну; турбіна Парсонса стала використовуватися не тільки на електростанціях, а й як двигун швидкохідних судів, крейсерів і океанських лайнерів. З'явилися також гідроелектростанції, на яких використовувалися гідротурбіни, створені в 30-х рр. французьким інженером Бенуа Фурнероном. Американець Пелтон в 1884 р запатентував струминну турбіну, яка працювала під великим тиском. Гідротурбіни мали дуже високий к. П. Д. Близько 80% і отримується на гідростанціях енергія була дуже дешевою.

Одночасно з роботами по створенню надпотужних двигунів йшла робота над малими пересувними двигунами. Спочатку це були газові двигуни, що працювали на світильному газі; вони призначалися для дрібних підприємств і ремісничих майстерень. Газовий двигун був двигуном внутрішнього згоряння, тобто згоряння палива здійснювалося безпосередньо в циліндрі і продукти згоряння штовхали поршень. Робота при високих температурах в циліндрі вимагала системи охолодження і мастила; ці проблеми були вирішені бельгійським інженером Етьєном Ленуаром, який створив в 1860 р перший газовий двигун. Однак одержуваний з деревної тирси світильний газ був дорогим паливом, більш перспективними були роботи над двигуном, що працював на бензині. Бензиновий двигун зажадав створення карбюратора, пристрої для розпилення палива в циліндрі. Перший працездатний бензиновий двигун був створений в 1883 році німецьким інженером Юліусом Даймлером. Цей двигун відкрив еру автомобілів; вже в 1886 р Даймлер поставив свій двигун на чотириколісний екіпаж. Ця машина була продемонстрована на виставці в Парижі, де ліцензію на її виробництво купили французькі фабриканти Рене Панар і Етьєн Льовассор. Панар і Льовассор використовували тільки двигун Даймлера; вони створили свій автомобіль, оснастивши його системою зчеплення, коробкою передач і гумовими шинами. Це був перший справжній автомобіль; в 1894 році він виграв перші автомобільні гонки Париж-Руан. У наступному році Льовассор на своєму автомобілі виграв гонку Париж-Бордо. «Це було безумство! - сказав переможець. - Я мчав зі швидкістю 30 км / год! »Однак Даймлер сам вирішив зайнятися виробництвом автомобілів; в 1890 році він створив компанію «Даймлер мотори», і десять років по тому ця компанія випустила перший автомобіль марки «Мерседес». «Мерседес» став класичним автомобілем початку XX ст .; він мав чотирициліндровий двигун потужністю 35 л. с. розвивав швидкість 70 км / ч. Ця красива і надійна машина мала неймовірний успіх, вона поклала початок масовому виробництву автомобілів.

К.к.д. двигуна Даймлера становив близько 20%, к.к.д. парових машин не перевищував 13%. Тим часом відповідно до теорії теплових двигунів, розробленої французьким фізиком Карно, ККД ідеального двигуна міг досягати 80%. Ідея ідеального двигуна хвилювала уми багатьох винахідників, на початку 90-х рр. її спробував втілити в життя молодий німецький інженер Рудольф Дизель. Ідея Дизеля полягала в стисненні повітря в циліндрі до тиску порядку 90 атмосфер, при цьому температура сягала 900 градусів; потім в циліндр впорскується паливо; в цьому випадку цикл роботи двигуна виходив близьким до ідеального «циклу Карно». Дизелю не вдалося повністю реалізувати свою ідею, через технічні труднощі він був змушений знизити тиск в циліндрі до 35 атмосфер. Проте, перший двигун Дизеля, що з'явився в 1895 р викликав сенсацію - його к.к.д. становив 36%, удвічі більше, ніж у бензинових двигунів. Багато фірм прагнули купити ліцензію на виробництво двигунів, і вже в 1898 р Дизель став мільйонером. Однак виробництво двигунів вимагало високої технологічної культури, і Дизелю багато років довелося їздити по різних країнах, налагоджуючи виробництво своїх двигунів.

Двигун внутрішнього згоряння використовувався не тільки в автомобілях. У 1901 р американські інженери Харт і Парр створили перший трактор, в 1912 р фірма «Холт» освоїла випуск гусеничних тракторів, і до 1920 року на американських фермах працювало вже 200 тис. Тракторів. Трактор взяв на себе не тільки польові роботи, його двигун використовувався для приведення в дію молотарок, косарок, млинів та інших сільськогосподарських машин. Зі створенням трактора почалася масова механізація сільського господарства.

В кінці XIX ст. вперше створюються речовини, іменовані ті-перь пластмасами. У 1873 р Дж. Хайеттом (США) був запа-тент целулоїд - перше з таких речовин, яке увійшло в широкий ужиток. Перед Першою світовою війною були винаходів-ни бакелит і інші пластмаси, що носять загальну назву фенопластів. Виробництво штучного волокна почалося після того, як в 1884 р французький інженер Г. Шардонё раз-працював метод отримання нітрошелка; згодом навчи-лися виробляти штучний шовк з віскози. У 1899 р російський вчений І. Л. Кондаков поклав початок отримання синтетичного каучуку.

Протягом останніх десятиліть XIX в. були часом технічних зрушень в будів-вальному справі. Будівництво висотних будівель, або, як їх стали називати, «хмарочосів» почалося в Чикаго в 80-х рр. XIX ст. Першим будівлею нового типу вважається 10-поверховий будинок чиказької стра-ховой компанії, побудований в 1883 р архітектором У.Дженні, який застосував як залізні, так і сталеві пере-ку. Посилення стін сталевим каркасом, на який стали спиратися балки міжповерхових перекриттів, дозволило збільшити висоту зда-ний вдвічі. Найвищою будівлею тих часів був Нью-йоркський 58-поверх-ний хмарочос, висотою в 228 м, побудований в 1913 р Але найвищою спорудою була Ейфелева вежа, своєрідний пам'ятник «століття заліза». Спорудив-нутая французьким інженером Гюставом Ейфелем на Марсо-вом поле в Парижі в зв'язку зі Всесвітньою виставкою 1889 році ця ажурна вежа мала 300 м у висоту.

Поряд з металевими широке застосування отримали в цей час залізобетонні конструкції. Людиною, який відкрив залізобетон, вважається французький садівник Жозеф Моньє. Ще в 1849 році він виготовив діжки для плодових дерев з кар-Касом із залізного дроту. Продовжуючи свої досліди, він в 60-х рр. запатентував кілька способів виготовлення труб, резервуарів і плит з бетону із залізною арматурою. Найбільш важливим був його патент на залізобетонні склепінні пере-ку (1877 г.).

Кінець XIX ст. був часом бурхливого зростання світової залізничні-ної мережі. З 1875 по 1917 рр. протяжність залізниць зросла в 4 рази і досягла 1,2 млн. км. Знаменитими будівництвами того часу були магістраль Берлін-Багдад і Великий Сибірський шлях, його протяжність до 1916 склала 7,4 тис. Км. На нових залізницях укладали сталеві рейки, вони перетинали найбільші річки світу і на них зводилися гігантські сталеві мости. Початок «ері сталевих мостів», як казали сучасники, поклали арочний міст інженера Дж. Ідса че-рез р. Міссісіпі (1874) і висячий Бруклін-ський міст в Нью-Йорку архітектора Рёблінга (1883). Центральний проліт Бруклінського мос-та мав в довжину близько 1/2 км. На нових дорогах працювали потужні локомотиви системи компаунд з багаторазовим розширенням і високим перегрівом пара. У 90-х роках в США і Німеччині з'явилися перші електровози і електрифіковані залізниці.

Будівництво залізниць зажадало багаторазового збільшення виробництва сталі. У 1870-1900 рр. виплавка сталі зросла в 17 разів. У 1878 р англійським інженером С. Дж. Томасом був введений томасовський спосіб переділу чавуну на сталь; цей спосіб дозволив використовувати фосфористі залізні руди Лотарингії і забезпечив рудою металургійну промисловість Німеччини. У 1892 р французький хімік А. Муассан створив дугову електричну піч. У 1888 році американський інженер Ч. М. Хол розробив електролітичний спосіб виробництва алюмінію, відкривши дорогу широкому використанню алюмінію в промисловості.

Нові технічні можливості привели до вдосконалення військової техніки. У 1887 р американець Хайрем Максим створив перший кулемет. Знаменитий кулемет «Максим» виробляв 400 пострілів в хвилину і з вогневої потужності був рівнозначний роті солдат. З'явилися скорострільні тридюймові знаряддя і важкі 12-дюймові гармати зі снарядами вагою 200-300 кг.

Особливо вражаючими були зміни у військовому кораблебудуванні. У Кримській війні (1853-1856) ще брали участь дерев'яні парусні гіганти з сотнями гармат на трьох батарейних палубах, вага найважчих снарядів становив в той час 30 кг. У 1860 р в Англії був спущений на воду перший залізний броненосець «Варріор», і незабаром всі дерев'яні кораблі пішли на злам. Почалася гонка морських озброєнь, Англія і Франція, змагалися в створенні все більш потужних броненосців, пізніше до цієї гонки приєдналися Німеччина і США. У 1881 році був побудований англійська броненосець «Інфлексібл», водотоннажністю в 12 тис. Т; він мав лише 4 гармати головного калібру, але це були колосальні гармати калібру 16 дюймів, розміщені в обертових вежах, довжина ствола була 8 метрів, а вага снаряда - 700 кг. Через деякий час всі провідні морські держави стали будувати броненосці цього типу (правда в основному з 12-дюймовими знаряддями). Новий етап гонки озброєнь був викликаний появою в 1906 р англійської броненосця «Дредноут»; «Дредноут» мав водотоннажність 18 тис. Тонн і десять 12-дюймових знарядь. Завдяки паровій турбіні, він розвивав швидкість в 21 вузол. Перед міццю «Дредноута» всі колишні броненосці виявилися небоєздатними, і морські держави стали будувати кораблі, подібні «Дредноути». У 1913 році з'явилися броненосці типу «Куїн Елізабет» водотоннажністю 27 тис. Т з десятьма 15-дюймовими знаряддями. Ця гонка озброєнь природним чином привела до світової війни.

Причиною світової війни була невідповідність реальної мощі європейських держав і розмірів їх володінь. Англія, скориставшись роллю лідера промислової революції, створила величезну колоніальну імперію і захопила велику частину ресурсів, необхідних іншим країнам. Однак до кінця XIX століття лідером технічного і промислового розвитку стала Німеччина; природно, що Німеччина прагнула використати свою військову і технічну перевагу для нового переділу світу. У 1914 році почалася перша світова війна. Німецьке командування сподівалася розгромити своїх супротивників за пару місяців, проте в цих розрахунках не була врахована роль з'явився тоді нового зброї - кулемета. Кулемет дав вирішальну перевагу обороняється стороні; німецький наступ було зупинено і почалася довга «окопна війна». Тим часом, англійський флот блокував німецькі порти і перервав поставки продовольства. У 1916 році в Німеччині почався голод і, який, в кінцевому рахунку, привів до розкладання тилу, до революції і до поразки Німеччини.

Схожі статті