科学技术史-3.2近代第二次技术革命(图文教程)

第二节 近代第二次技术革命

19世纪中叶以后，随着科学技术的迅猛发展，又在世界范围内兴起了近代第二次技术革命。这次技术革命以电力技术为主导。它的产生、发展及其应用，极大地推动了化工技术、钢铁技术、内燃机技术等其它技术的全面发展。创造了巨大的生产力，给整个社会带来了广泛而深远的影响。

2. 1 近代第二次技术革命的动因

第一次技术革命在19世纪上半叶达到高潮，各资本主义国家先后建立起以蒸汽机为动力的工业技术体系，社会生产力有了飞速发展。由于资本主义自由竞争的加剧，资产阶级为了竞争的需要，如饥似渴地在生产中采用新技术，不断进行技术改革，鼓励技术发明，促使技术加速发展，为第二次技术革命的产生提供了坚实的物质和技术基础。19世纪60年代之后，自由资本主义开始向垄断发展，资本和生产开始高度集中，不但工厂数量剧增，而且规模不断扩大。大工业生产体系的发展，迫切要求有更先进的动力及动力传递分配方式。19世纪自然科学的全面发展，特别是电磁理论的建立，又为电力取代蒸汽动力的革命奠定和科学理论基础。

2. 2 电力技术的发展

一、电机的发明与电能的应用

在19世纪上半叶达到高潮的蒸汽机革命的推动下，各主要资本主义国家先后建立了以蒸汽机为动力的工业技术体系，社会生产力有了飞速发展。进入19世纪60年代以后，由于技术改革的深入发展以及资本主义自由竞争的加剧，不仅使得工业生产规模不断扩大，而且加速了生产的高度集中。随着机器大工业技术体系的完善与进一步发展，迫切要求有更先进的动力及其传递分配方式。而这一时期自然科学的全面发展，特别是电磁学的建立和发展，使工程技术专家敏锐地意识到电力技术对人类生活的意义，因而纷纷投身于电力的开发、传输和利用方面的研究。与第一次技术革命不同，电力技术完全是在电磁理论形成与发展的基础上产生和逐步完善的。电力技术的关键设备是电动机、发电机、变压器，其原理都涉及电与磁之间的关系。

二、电磁的发现与利用

继1821年法拉第制作的直流电动机实验模型之后，第一台实用的电动机是1834年德国物理学家M．H•雅可比(M．H．Jacob，1801～1874)发明的用电磁铁做转子的15瓦直流电动机。1838年他把经过改进的直流电动机安装在小船上，驱动一艘小船行驶在涅瓦河上。1850年美国发明家佩奇(1812～1858)制造了一台10马力的电动机用来驱动有轨电车。1860年意大利比萨大学物理学家巴奇诺基发明了包括环形电枢、整流子和合理的励磁方式的电动机。从电磁学诞生到电机的发明之所以历经数十年时间，除了技术上的难度之外，还由于载流导线和磁场的相互作用表现为旋转，这同牛顿力学中表现为直线推、拉的超距作用的传统机械自然观相反，因此使一些物理学家感到迷惑不解，而电动机的出现及其功效使人们很快接受了它。

由于直流电动机以原电池为能源，其成本高、功率小、工作不可靠，无法与蒸汽机相匹敌，于是人们便去寻找功率较大和较经济的电源，这就促进了发电机的研制与不断改进。在法拉第电磁感应定律发现的第二年即1832年，德国发明家皮克西(H．Pixii，1808—1835)以永磁铁做转子先后制造了世界上第一台手摇交流发电机。不久皮克西兄弟加装了一个换向器，使之变为直流发电机。1857年英国电学家惠斯通(1802～1875)发明了用电磁铁代替永磁铁的发电机。但这两类发电机均不实用。直至1867年，德国工程师、后来被誉为“电业大王”的西门子(E．W.von Simens，1816—1892)基于自激原理，经过十余年的研制终于发明了第一台在工业上实用的自激式发电机。1870年，长期在法国巴黎工作的比利时工程师格拉姆(1826～1901)又把巴奇诺基发明的环形电枢应用于发电机。1872年德国电气教师阿尔特涅克发明了鼓式电枢。经过这些改进，使自激式发电机达到了更高的效率，并实现了产业化。1880年，爱迪生(T．A．Edison，1847一1931)继发明白炽灯之后又制造了110伏自激直流发电机“巨汉”号。1883年英国伦敦和美国纽约相继建成了中央发电厂，人类从此进入了电气时代。在此之前，为了解决低压输电中线路耗能大的问题，1882年德国电气技师德普勒(1843～1919)成功地进行了远距离高压直流输电试验。

为了克服直流发电机在远距离供电方面暴露的局限性，在德国电机公司任职的俄国人多利沃•多布洛里斯基(1862—1919)在俄国科学家亚布罗契可夫1876年提出的制造多相发电机设想的基础上，经过对三相交流理论和技术的多年探索，终于在1889年发明了功率100瓦的三相交流异步电动机和与之相配合的三相发电机以及150千伏安的三相变压器。1891年，在德、奥两国建成了世界上第一个三相交流输电系统，8月25日初次运行成功，输电效率达80％，充分显示了三相交流电在远距离输电中的优越性，从此交流电发展很快，并在工业上逐步代替了直流电。

内燃机技术的发展

2. 3 从蒸汽机到内燃机

作为第二次技术革命技术内容的，不仅仅是电力工业的产生与发展，它还包括内燃机取代蒸汽机成为新动力机。尽管从18世纪60年代起，瓦特蒸汽机在此后的一个世纪中几乎成为惟一的动力机，但是它的广泛应用也暴露了一系列缺点：其一是外燃方式造成大量热能的散失，致使热效率一般只有5％一8％，理想的也只有10％一13％；其二是结构笨重，尤其不适合于轻型运输工具对动力的需要；其三是操作不便，运行不够安全，其蒸汽锅炉预热需要很长时间。同时锅炉储存能量很大，易发生爆炸。英国在1862—1879年发生蒸汽机锅炉爆炸事故有近万起，美国1880—1919年则发生1 400多起事故，炸死万余人，伤17000多人。内燃机正是在这种背景下应运而生的。因为内燃机的燃料在气缸内直接燃烧，使热能直接作功，免去蒸汽作中介工质，从而大大提高了热效率；另外燃料的内燃方式使发动机结构紧凑，易于向轻型化发展。这些先进性决定了内燃机必然会取代蒸汽机。同时，在移动的生产工具(如拖拉机、汽车、飞机等工具)中内燃机有着蒸汽机所没有的优越性。

比较经济的内燃机是从1876年奥托(N．A．Otto，1831—1891)和兰肯(1833—1895)成功地制造四冲程煤气机开始的。接着，1883年奥托经营的煤气发动机公司的戴姆勒(1834—1890)成功地制造了高速汽油发动机，其转速由过去的200转／分提高到800转／分以上。同期。德国的奔茨(C．Benz，1844—1 929)成功地制造了二冲程发动机。1883年戴姆勒把汽油发动机作为交通发动机装在两轮车上，创造了现代汽车的雏形。同时。发动机的轻型化使美国赖特兄弟(W．Wright，1867—1912；O．Wright，1871—1948)于1903年成功地制造了飞机，并驾驶内燃机发动的飞机首次飞上天空。1909年德国工程师布莱利奥最早实现了横跨英吉利海峡的飞行。在第一次世界大战中出现了战斗机、轰炸机、侦察机等各种机种。在大战之后，飞机作为民航客机得到普及。

2. 4 电信技术的勃兴

电磁理论带来的另一重大成就——无线电通讯，是在麦克斯韦预言电磁波在存在并由赫兹用实验证明之后，才由波波夫、马可尼等人发明的。这是继1837年莫尔斯等人发明有线电报，1876年贝尔等人发明电话之后，给人类社会增加的更为有力的通讯工具。

2. 5 近代第二次技术革命的意义

正如第一次技术革命中蒸汽机的普及带动了—系列工业部门的变革一样，电力作为新能源的广泛应用不仅为工业提供了方便、廉价、不受地区及自然条件限制的新动力，而且推动了众多新兴工业的诞生，促进了资本主义大工业的迅速发展。首先是电力工业及电气设备工业本身的产生与发展。在交流发电机和远距离输电技术出现之后，使电力技术的产业化成为可能，以发电、输电和配电三环节为主要内容的电力工业得以产生和发展。同时，与此相适应，作为电力工业的技术支柱的电气设备工业，其中包括从事发电机、电动机、变压器、断路器、电线电缆等设备以及各种各样用电器(小到灯泡，大到有轨电车和电动机车)制造的行业，也迅速发展起来，并由此而形成以电力为中心的新的综合技术群。

电力的应用还推动了材料、工艺、控制等领域工程技术的发展。为适应生产与社会生活的各种不同场合对电力的应用，人们发明并研制了各种导体材料和绝缘材料以及金属与非金属材料。1873年发现了半导体硒，由此产生了半导体技术的萌芽。随着电力在各生产环节中的应用，还导致一些新工艺如电镀、电冶、电铸、电焊、电热、电解、电力拖动、电火花加工等技术的产生。同时，为保证电力系统及供电、用电部门的设备运行安全、稳定，人们研制了用于自动监测、控制的仪器仪表，这为最终实现电力系统自动化提供了技术基础，并且标志着自动控制技术的出现。

在电力革命推动下还取得了一系列技术发明和技术突破。如：在热力学指导下发明的内燃机大大提高了热机效率，为各种类型交通工具提供了动力，使汽车、舰船、机车、石油等工业部门迅速兴起。又如：转炉炼钢和平炉炼钢法的发明，促使钢铁工业飞速发展。特别是由电磁理论直接转化产生的电报(莫尔斯，1837)、电话(贝尔，1876)、无线电通信(马可尼和波波夫，1895)等技术，加上电照明以及电影放映机(爱迪生，1894)等等新发明的应用，从根本上改变了19世纪以来人类社会的生产与生活状况，大大推动了人类文明的进步。

到19世纪最后30年，世界工业总产值较之1870年增加了两倍多。其中钢铁产量30年中猛增了55倍，石油产量增加了25倍。在第一次技术革命中已初具规模的重工业规模更加庞大，生产社会化程度更加提高，从而大大加速了资本集中的进程。从两次技术革命得到最大利益而拥有巨额资本的大企业，反过来更有条件采用最先进的技术与装备，以挤垮和吞并小企业。其结果使资本主义最终完成了由自由竞争向垄断的过渡。

一、科学成为技术的先导

恩格斯曾经指出：“社会一旦有技术上的需要，则这种需要就会比十所大学更能把科学推向前进。”如果说在第一次技术革命时代是社会生产发展的需要推动了技术进步，并最终促进了科学的发展，那么在第二次技术革命中，科学、技术、生产三者的关系发生了质变。

从19世纪上半叶开始，过去仅仅为了追求纯粹自然知识而进行的科学研究开始走在实际应用和发明的前面，成为技术和生产的先导。最明显的说明科学领先于技术与生产的事实，是电磁学理论的建立与发展促进了发电机、电动机和其他电磁设备的发明，并导致无线电报和电话的诞生，从而把人类带人了全新的电气时代。

就化学工业的形成与发展来看，也充分表明了科学已成为技术与生产的先导。同18世纪相比，19世纪后半叶的无机化学工业表现为近代化学的发展更加直接地影响到技术。比如无机肥料工业就起源于化学家李比希的肥料理论。在他于1840年所著的《有机化学对农业和生理学上的应用》一书影响下，1843年在英国、1855年在德国先后建立了磷肥厂。自19世纪60年代，肥料工业发展成为无机化学工业的重要组成部分。1867年克尼奇(1854一1903)在近代物理化学中的质量作用定律(挪威古德贝格和瓦盖，1864年)的指导下创造了用接触法(使S02与O2的混合气体在400C以下通过白金石棉)生产无水硫酸的方法，并很快实现了产业化。至于有机化学工业，更是靠有机化学家在科学理论上的一系列突破才得以建立了自己的技术基础。这也是德国化学工业遥遥领先于产业革命发源地——英国的主要领域之一。

在凯库勒1865年搞清苯的结构之前，诸如苯胺紫、品红、苯胺青、霍夫曼紫等合成染料都是在偶然情况下发现的，而自从苯结构发现后，才开始在结构化学的自觉指导下人工合成有机染料。特别是两大天然染料茜素和靛蓝的人工合成都是首先搞清其化学结构、然后进行实验室合成、最后才完成产业化的。1866年，德国化学家拜耳(J．F．W．A．von Baever，1835—1917)发现茜草中的茜素与煤焦油中蒽的衍生物是一样的，完全可以人工合成。在他的领导下，经过格雷伯(K．Graebe,1841—1927)和利伯曼(K．Liebermann，1842～1914)的研究，于1869年首次合成了茜素，并于1872年在德国实现了工业化生产，结束了以昂贵代价从天然茜草中提取茜素的历史。在探索茜素化学结构的同时，拜耳于1665年就开始研究靛蓝的化学结构，并于1878年发现由靛红还原得到靛蓝的方法，1880年则取得用人工方法合成靛蓝的专利。经过17年的努力，耗资1800万马克(约100万英镑)，该染料最终以工业制品的形式出现于市场。关于其他天然不存在的合成染料相继在化学研究基础上诞生并工业化的过程，限于篇幅不再赘述。

总之，如果说在第一次技术革命中把自觉应用自然科学作为机器大工业的技术基础还仅仅是一种理想，那么在第二次技术革命中则开始变成了现实。从此以后，科技与生产之间的关系完成了从“生产一技术一科学”向“科学一技术一生产”的过渡