Техника XVI - XVIII вв. До промышленной революции

 

Техника в период XVI-XVII вв. прошла гигантский этап своего развития. В эту эпоху начинает господствовать новая форма производства, зародившаяся ещё в XIV-XVI вв. в Италии - мануфактура. Мануфактура - (от лат. manus - рука и factura - изготовление), капиталистическое предприятие, основанное на разделении труда и ручной ремесленной технике. [5]

Впервые мануфактуры возникают в Италии еще в XIV в. В этой стране раньше всего сложились условия, способствовавшие зарождению капитализма в промышленности. В конце XV и начале XVI в. мануфактуры стали создаваться в Германии, Англии, Нидерландах, Франции. В XVI-XVIII вв. суконные, шелковые, оружейные, стекольные и др. мануфактуры распространились во всех европейских странах. [7, С. 82]

Ещё с эпохи средневековья было унаследовано большое количество технических средств, которые использовались и в XVI веке. Наряду с ручными орудиями все более широко применялись мускульные приводы, а также устройства, использующие силу животных (особенно лошадей), силу ветра (с IX-X вв.) и силу воды. В XIII-XIV вв. возникает чугунолитейное производство. В XV в. появляются доменные печи, дающие чугун для дальнейшего передела на железо. Все это были зачатки новых технических средств, характерных в дальнейшем для мануфактурной эпохи.

Прогрессивной чертой мануфактурного периода был резкий рост изобретательства по сравнению со средневековьем. Количество проектов и опытов росло от столетия к столетию.

Среди изобретателей встречались представители самых различных слоев населения. Однако главную роль в создании новых изобретений играли работники производства: гидротехники, ткачи, кузнецы, часовых дел мастера, горные мастера, строители военных сооружений.

Во всех областях усложняющегося материального производства и военного дела - в судостроении, сооружении зданий, артиллерии, фортификации возникает потребность в более точных расчетах, в теоретическом осмыслении, в обобщении технического опыта. Происходит все большее сближение техники с наукой. Едва ли не все выдающиеся ученые того времени, работавшие в области естественных и точных наук, - Г. Галилей, X. Гюйгенс, И. Ньютон, Г. Лейбниц,- успешно занимались изобретательством.

В XVI в. начались попытки юридической защиты интересов новаторов техники путем выдачи им привилегий на изобретения.

Некоторые общие правила таких привилегий стали разрабатываться с XV в. в Венеции, а с XVI - в Германии и Англии. Но патентное законодательство впервые оформилось в Англии в 1624 г. В других странах соответствующие законы были приняты позже.

Установление все более тесных связей между наукой и техническим «мастерством» побудило еще на рубеже XV и XVI вв. Леонардо да Винчи доказывать необходимость связи теории с практикой. Он решительно отвергал «заблуждения тех, кто пользуется практикой без науки», сравнивая таких людей с кормчими, «ступающими на корабль без руля и компаса». С другой стороны, Леонардо был противником чистого теоретизирования. «Тебе необходимо написать о теории, а потом о практике», - указывал он. «Когда будешь излагать науку о движении воды, не забудь под каждым положением приводить его практические применения, чтобы Твоя наука не была бесполезна». [2, С. 38]

Двигатели. Использование силы воды. С эпохи средневековья было унаследовано использование устройств, использующих силу ветра и воды - водяные и ветряные мельницы. Поскольку устройства, использующие силу ветра и воды, раньше всего стали применяться в мукомольном деле, слово «мельница» во всех европейских языках приобрело потом более широкое значение. Так стали называться разнообразные установки с ветряными или водяными двигателями (иногда и с мускульными или конными приводами), а также и предприятия, где применялось такое оборудование.

Водяные двигатели получили в мануфактурный период распространение во всех отраслях производства - при переработке сельскохозяйственных продуктов (в мукомольном деле, на крупорушках, маслобойках и т. д.), в текстильной промышленности (на шелкокрутильнях, сукновалках), а также на лесопилках, при производстве бумаги, пороха и т. д.

Обычно мощность водяного колеса не превышала нескольких десятков киловатт, число оборотов водяного колеса было так же незначительно, примерно от 1 до 10 об/мин.В зависимости от конструкции водяного колеса коэффициент полезного действия его колебался в пределах от 0,3 до 0,75.[7, С. 84]

Особенно важное значение водяные двигатели приобрели в горном деле и металлургии, где их использовали для откачки воды из шахт, для промывки руд и их дробления, для приведения в движение воздуходувных мехов, обслуживающих доменные печи и различные горны, для обслуживания молотов и сверлильных машин и т. д.

Возможности всех видов двигателей, применявшихся в рассматриваемый период, были ограничены. Мысль изобретателей того времени работала над тем, чтобы отыскать двигатель, универсальный по своему применению, не зависящий от места его работы (например, от наличия водных потоков).

Вначале изобретатели пошли по пути несбыточных поисков вечного двигателя, т. е. такой машины, которая, не получая извне никакой энергии, сама по себе способна действовать неограниченное время (пока не испортятся ее детали) и производить полезную работу. Мечта о создании вечного двигателя родилась еще в XII в. В XVI-XVIII период было выдвинуто множество проектов такого двигателя.

В 1775 г. Парижская академия наук приняла решение не рассматривать любые проекты этого рода, как противоречащие здравому смыслу. Впрочем, несмотря на все доказательства невозможности создания вечного двигателя, эта мечта очень долго не оставляла изобретателей. [2, С. 52]

Горное дело и металлургия. Производство чугуна, железа и стали.

В этот период гидравлические двигатели наибольшее применение получили в горной промышленности, где они использовались для привода подъемных, водоотливных, вентиляционных установок, дробильных и транспортных механизмов.

Развитие производительных сил настоятельно требовало увеличения добычи железной руды, каменного угля и других полезных ископаемых. Расширение торговых связей в мануфактурный период увеличивало спрос на драгоценные металлы - золото и серебро, добыча которых в связи с этим значительно возросла. Большой производственный опыт в области горного дела, накопленный к началу XVI в. в странах Западной Европы, был впервые обобщен выдающимся немецким ученым Агриколой (1494-1555) в труде «О горном деле и металлургии» (1550 г.). [7, С. 87]

Если в период ремесленного производства преобладало получение железа непосредственно из железной руды сыродутным способом, то для мануфактурной ступени характерно расчленение металлургического производства на выплавку чугуна (доменный процесс), чугунолитейное дело (отливку готовых изделий из чугуна), передел чугуна на железо и дальнейшую обработку железа. При этом в ряде местностей сохранялся и старый сыродутный способ получения железа. В XV-XVIII вв. во всех европейских странах наблюдается рост размеров доменных печей и использование более разнообразных, чем прежде, сортов железных руд.

Руда перед плавкой подвергалась обработке, именуемой «обогащением». Она сортировалась, дробилась и промывалась для удаления пустой породы.

На континенте Европы домны, как правило, работали на древесном топливе (с добавкой особых веществ, именуемых флюсами).

Наиболее крупные германские домны в середине XVIII в. обычно имели 7-7,5 м в высоту, французские и шведские - 7,5-8 м. Размеры уральских древесноугольных домен были более значительны. Во второй половине XVIII в. их высота достигала от 10,5 до 13 м, а поперечник - до 4 м. Однако будущее было за печами, в которых использовалось минеральное топливо.

На железоделательных заводах (или в соответствующих цехах металлургических предприятий, объединявших выплавку чугуна и выделку железа) в одном или последовательно в двух кричных горнах чугун переделывался на железо. Получаемая при этом крица - губчатый ком раскаленного железа, пропитанный шлаками, - извлекалась из горна и подвергалась обжиму под вододействующим и ручными молотами.

Болванка железа шла в дальнейшую обработку и путем различных кузнечных и прокатных операций превращалась в сортовое железо.

Сталь применялась чрезвычайно редко, лишь для мелких инструментов и дорогого оружия. Ее изготовляли ремесленными методами, с передачей по наследству «секретов». Существовало три способа изготовления стали: в кричных горнах путем передела особых сортов чугуна; поверхностным науглероживанием железных изделий (цементацией) в специальных печах и плавкою металла в тиглях (литая сталь).

В медеплавильном производстве применялось последовательно несколько горнов, в которых из руд сначала добывалась неочищенная медь в сплаве и соединении с другими веществами, а затем - чистая медь. [2, С. 54-55]

Металлообработка. Токарное дело. В мануфактурный период изготовление металлических инструментов и деталей механизмов продолжало производиться вручную. Непрерывный рост применения черных, цветных и драгоценных металлов сделал необходимым усовершенствование техники металлообработки. Токарный станок, возникший в свое время как универсальный механизм для выточки изделий из дерева, кости и других материалов, находит все большее применение в области металлообработки.

Усовершенствование токарных станков с ручным и ножным приводами для вытачивания сложных фигурных изделий, нарезки винтов и т. д. начиная с XVI в. происходит все быстрее.

На протяжении XVII в. токарный станок подвергался дальнейшим усовершенствованиям во Франции, Германии, Голландии и других странах. [2, С. 57]

Текстильное производство. Большой интерес представляет развитие техники текстильного производства, где по сравнению с ремесленным периодом было сделано немало нововведений. Это относится прежде всего к шелковой промышленности. Еще в XIV в. в итальянском шелковом производстве стали распространяться «крутильные мельницы», первоначально с ручным приводом.

В труде итальянского конструктора Витторио Цонка (начало XVII в.) описываются уже довольно сложные шелкокрутильные вододействующие установки. В начале XVIII в. подобные же машины были освоены в Англии, затем во Франции.

В XV в. появилась самопрялка (с ручным приводом). Она позволила осуществлять одновременно крутку и намотку нити. [7, С. 97]

Крупнейшим изобретением в текстильном производстве явился вязальный станок, сконструированный в 1589 г. английским студентом В. Ли. Эта сложная машина, состоящая из сотни спиц, позволила приступить к производству чулок машинной вязки. Изобретатель, однако, не смог организовать чулочное производство у себя на родине и вынужден был переселиться во Францию, где в начале XVII в. он вместе со своим братом построил первые чулочные мастерские. После этого машинная вязка чулок распространилась и в других странах: в Англии, Голландии, Австрии, Саксонии.

В течение XVI и XVII вв. произошли значительные изменения в технике красильного дела. Уже в середине XVI в. в Европе начали применять индиго. В 1630 г. был изобретен способ окраски тканей в ярко-красный цвет. [2, С. 61]

Появление паровых двигателей. Примерно с последней трети XVII в. в странах с наиболее развитым мануфактурным производством зарождаются элементы новой машинной техники, которым предстоит получить полное развитие в период промышленного переворота. Это относится прежде всего к освоению силы пара.

Первые проекты использования силы пара для приведения в действие различных механизмов мы можем встретить в работах многих изобретателей XVII в. (Дж. Бранка, С. де Ко, Э. Сомерсета-Вустера и др.)

В разработке проектов первых паровых машин в конце XVII в. видную роль сыграл Дени Папен. Как показывают новые исследования, идея такой машины могла быть исходно подана Папену ученым X. Гюйгенсом.

В 1673 г. Гюйгенс представил в Парижскую академию наук проект порохового двигателя в форме цилиндра с поршнем. Порох, взрываясь под поршнем, должен был толкать его вверх. Предполагалось, что после остывания пороховых газов обратное движение поршня будет происходить под действием атмосферного давления. Эксперименты с моделью двигателя проводились два года, но не дали существенных результатов. Проект Гюйгенса интересен в том отношении, что он предвосхищал идею двигателя внутреннего сгорания.

В 1690 г. Папен предложил паровую поршневую машину, сходную по конструкции с двигателем Гюйгенса. Паровой котел, цилиндр и конденсатор ее были отделены друг от друга (вода и кипятилась, и охлаждалась в рабочем цилиндре). Папен предполагал, что новый двигатель может быть применен не только «к подъему воды или руды из шахт», но и «для множества других подобных вещей». Но ни этот, ни последующие (например, выдвинутый в 1705-1706 гг.) проекты и модели Папена практического применения не получили. Кстати, в своих последних проектах Папен уже учитывал опыт английского инженера Томаса Севери.

В 1698 г. Севери построил первую практически применимую паровую машину своеобразной конструкции. Изобретатель назвал ее «друг горняка». По мысли изобретателя, машина эта должна была применяться для множества целей: для осушения болот, для откачивания воды из рудников, для снабжения городов и домов водой, для тушения пожаров, для приведения в действие мельничных колес. [8, С. 266]

В машине Севери котел был отделен от рабочего сосуда, но работа пара (перегонявшего воду из сосуда вверх по трубе непосредственным давлением на ее поверхность) и его конденсация происходили в одном и том же сосуде. Ни цилиндра, ни поршня в машине не было. В 1715 г. машина Севери была усовершенствована французским физиком Ж.Т. Дезагюльё.

В 1711-1712 гг. английский изобретатель, кузнечный мастер Томас Ньюкомен построил совместно с Джоном Колли первую паровую (точнее пароатмосферную) поршневую машину. Двигатель Ньюкомена предназначался вначале также лишь для откачки воды.

Однако даже после усовершенствований, внесенных в конструкцию машины Ньюкомена Бейтоном, Смитоном и, наконец, знаменитым английским, изобретателем Джеймсом Уаттом в 1769-1774 гг., паровая машина Ньюкомена сохраняла свое узкое назначение - для откачки воды.

Паровые машины не применялись для непосредственного приведения в движение каких-либо заводских или транспортных механизмов, хотя теоретически такая возможность допускалась рядом изобретателей.

В тех случаях, когда (в середине XVIII в.) делались отдельные попытки использовать силу «огня» (пара) для приведения в действие заводских механизмов (сверлильных станков, воздуходувок и т. д.), паровую машину (системы Севери или Ньюкомена) заставляли подымать воду в резервуар, а затем пускали эту воду на колесо, которое и приводило в движение данный механизм.

В период XVI - первой пол. XVIII вв. развитие техники происходило во всех сферах производства. Важнейшие изобретения произошли в таких базовых отраслях экономики как металлургия, металлообработка и текстильное производство. Было усовершенствовано использование традиционных сил ветра и воды. Техники и изобретатели вплотную приблизились к созданию универсального двигателя, который мог бы использоваться во всех отраслях промышленности. Всё это послужило предпосылкой к промышленному перевороту. Условия для переворота к XVIII веку созрели в Англии.

Промышленный переворот

 

Термин «промышленный переворот» впервые был введён еще Фридрихом Энгельсом в середине XIX века. Иначе как революция, этот процесс нельзя никак назвать, ведь за короткий период времени (1760-1830) в способе производства произошёл коренной перелом.

Хотя эта революция имеет все характерные черты взрывного процесса, обусловленного особым сочетанием обстоятельств, определивших место и время его возникновения, она остается в то же время и конечной фазой длительного роста производства, продолжавшегося па протяжении предыдущих семидесяти или более лет. В экономическом отношении переворот этот был, по-видимому, обусловлен постоянным расширением рынка сбыта промышленных товаров, главным образом текстильных, что в свою очередь являлось следствием прежде всего расширения морских путешествий и событий XVII столетия, связанных с колонизацией.

Сочетание экономических и политических предпосылок, обусловивших радикальный переворот в производстве, было особенно благоприятным в Англии. Скорее именно здесь, а не во Франции мануфактурная промышленность могла свободно развиваться в соответствии со спросом, ибо ограничения, созданные как феодализмом, так и монархией, были сметены революциями XVII века. Другим специфическим для Англии преимуществом явилась, как это ни парадоксально, нехватка леса - этого основного вида топлива, равно как и основного строительного материала всей предшествующей цивилизации. Именно это обстоятельство вызвало расширение использования худшего по качеству, но значительно более дешевого каменного угля в качестве топлива, а позднее и более дорогого, по значительно лучшего материала - чугуна - для построек. В XVIII веке наблюдается быстрый рост производства этих материалов; серьезно улучшаются машины и совершенствуются методы, применяемые в горном деле и металлургии, что было частично обусловлено новым толчком со стороны науки, вызвавшим рост производства, связанный с такими людьми, как Ребук, Блэк, Смитон и Уатт. Так же обстояло дело и со способами транспортировки, в частности с каналами. [4, С. 289]

Текстильная промышленность. Первой отраслью промышленности, с которой началась промышленная революция, была текстильная промышленность. Это не случайно, еще в 1733 г. был изобретен летучий челнок для выделки сукна, значительно ускоривший производство тканей. Это изобретение стимулировало работу прядильщиков: в 1738 г. была создана машина, прявшая нить без участия человеческих рук. В 1764 г. Дж. Харгривс изобрел механическую прялку «Дженни», а уже в 1771 г. Р. Аркрайтом была открыта первая прядильная фабрика; машины в ней приводились в движение водяным колесом. К 1780 г. в Англии насчитывалось 20, а через 10 лет - уже 150 подобных фабрик. [9, С. 49]

Сравнительно огромная производительность этих машин привела к такому широкому их применению, что возможности небольших ручьев, приводивших в действие станки, были скоро исчерпаны, и в 1785 году был сделан последний логический шаг в механизации текстильной промышленности - использование паровой машины Уатта.[4, С. 290]

Паровой двигатель Уатта. Одно дело - изобрести что-нибудь и другое дело - суметь использовать изобретение; в справедливости этого положения нам уже не раз приходилось убеждаться. Что касается паровой машины, то здесь представлялись особые трудности. Ибо, выражаясь кратко, здесь требовалось создать отрасль промышленности с ее персоналом и оборудованием. Чтобы заменить случайных механиков, которыми довольствовались до тех пор, всяких часовщиков, жестяников, строителей мельниц, надо было сформировать кадры рабочих-специалистов, подготовленных к трудной работе, требующей одновременно мускульной силы, смышлености и большой твердости руки. Вместо часто неправильных и плохо прилаженных частей, из которых были сделаны первые машины и которыми объясняется отчасти плохое функционирование их, надо было дать цилиндры правильной геометрической формы; поршни, плотно прилегающие к стенкам, но без чрезмерного трения; зубчатые колеса, такие же правильные, как колеса карманных часов. Успехи металлургии сделали это необходимое преобразование возможным. Но чтобы осуществить его на деле, нужны были еще капиталы, нужна была смелая решимость рискнуть ими в предприятии совершенно новом и с неопределенной будущностью, требовался, наконец, коммерческий талант, от которого зависит практический успех. Такое драгоценное изобретение, как паровая машина, должно было иметь успех; нельзя себе представить, чтобы оно осталось неизвестным или чтобы его игнорировали. Но как мы это видим относительно многих других изобретений, успех легко мог прийти уже после смерти изобретателя. [8, С. 273]

В 1765 г. Джеймс Уатт построил паровую машину, а в 1771 г. усовершенствовал ее. Изобретение паровой машины имело громадные последствия для развития фабричного производства. Оно устранило зависимость промышленных предприятий от энергии рек и привело к повсеместному распространению фабрик. Для работы паровой машины требовался уголь; благодаря этому стала усиленно развиваться угольная промышленность. Потребность в металле стимулировала новые способы выплавки железа и привела к усовершенствованию металлургии, которая тоже стала работать на угле, а не на древесине. [9, С. 50]

Именно использование паровой машины в качестве источника энергии для текстильной промышленности объединило две вначале изолированно развивавшиеся отрасли - тяжелую и легкую промышленность - и создало тот современный промышленный комплекс, который должен был распространиться из места своего зарождения, Англии, по всему миру. [4, С. 292]

Создание универсального парового двигателя имело огромное значение. Началось его повсеместное внедрение во все отрасли промышленности, что послужило началом промышленной революции и переходу от ручного мануфактурного производства к фабричному.

Промышленный переворот представляет собой очень сложный процесс. Он явился результатом развития и тесного взаимодействия науки и техники. Это результат развития предыдущих трёх веков, когда шло постепенное накопление научных знаний, изобретений и введений новшеств в технике. Это изменение отношения самого человека к прогрессу, ко всему новому. Результатом всего выше изложенного послужил промышленный переворот.