Прядение и ткачество
Создание следующих гениальных машин сделало возможным массовое производство высококачественных хлопчатобумажных и шерстяных нитей, пряжи, помогло превратить Великобританию во второй половине XVIII века в ведущего мирового производителя текстиля.
Около 1764 года Джеймс Харгривз, бедный необразованный прядильщик и Ткач, живущий в Ланкашире, Англия, задумал новый вид прядильной машины, которая будет вытягивать нить из восьми шпинделей одновременно, а не только из одного, как в традиционном прядильном колесе. По слухам, эта идея пришла ему в голову после того, как его дочь Дженни случайно опрокинула семейную прялку; веретено продолжало вращаться даже тогда, когда машина лежала на полу и Харгривз предположил, что одно колесо может вращать сразу несколько веретен. В 1770 году он получил патент на прядильную машину "Дженни".
Водяной каркас. Названная так потому, что она приводилась в действие водяным колесом, водяная рама, запатентованная в 1769 году Ричардом Аркрайтом, была первой полностью автоматической и непрерывно работающей прядильной машиной. Он производил более прочные и большие количества нитей, чем прядильная Дженни. Из-за своих размеров и источника энергии водяная рама не могла быть размещена в домах прядильщиков, как это было раньше. Вместо этого требовалось место в большом здании рядом с быстро бегущим ручьем. Аркрайт и его партнеры построили несколько таких заводов в горных районах Британии. Прядильщики, в том числе и дети, впоследствии работали на все более крупных фабриках, а не в своих домах.
Вертящийся мул. Около 1779 года Сэмюэл Кромптон изобрел прядильного мула, который он спроектировал, объединив черты прядильной Дженни и водяной рамы. Его машина была способна производить как тонкую, так и грубую пряжу и позволяла одному оператору работать более чем на 1000 шпинделей одновременно. К сожалению, Кромптон, будучи беден, не имел денег, чтобы запатентовать свою идею. Он был обманут группой фабрикантов, которые заплатили ему гораздо меньше, чем обещали за разработку. Прядильный мул в конце концов был использован на сотнях фабрик по всей британской текстильной промышленности.
Паровой двигатель
Благодаря своему применению в производстве и в качестве источника энергии в кораблях и железнодорожных локомотивах, паровая машина увеличила производительную мощность заводов и привела к значительному расширению национальных и международных транспортных сетей в 19 веке.
Паровой двигатель Уотта. В Британии в XVII веке для откачки воды из шахт использовались примитивные паровые машины. В 1765 году шотландский изобретатель Джеймс Уотт, опираясь на более ранние усовершенствования, увеличил эффективность паровых насосных машин, добавив отдельный конденсатор, а в 1781 году он разработал машину для вращения вала, а не для создания движения насоса вверх и вниз. С дальнейшими усовершенствованиями в 1780-х годах двигатель Уотта стал основным источником энергии на бумажных фабриках, мукомольных заводах, хлопчатобумажных фабриках, железных заводах, винокурнях, каналах и гидротехнических сооружениях, что сделало Уотта богатым человеком.
Паровоз. Британский инженер Ричард Тревитик широко известен как изобретатель парового железнодорожного локомотива (1803), применение которого сам Уотт когда-то отверг как непрактичное. Тревитик также приспособил свой двигатель для приведения баржи в движение поворотом гребных колес и для управления земснарядом. Двигатель Тревитика, который вырабатывал большую мощность, чем двигатель Уотта, работая при более высоких давлениях, вскоре стал широко использоваться в промышленности Великобритании, вытеснив менее эффективную конструкцию Уотта. Первым паровым локомотивом, способным перевозить платных пассажиров, был активный (позже переименованный в Локомотив), разработанный английским инженером Джорджем Стивенсоном, который впервые запустился в 1825 году. Для новой пассажирской железнодорожной линии между Ливерпулем и Манчестером, завершенной в 1830 году, Стивенсон и его сын спроектировали ракету, которая достигла скорости 36 миль (58 км) в час.
Пароходы. Пароходы были впервые изобретены во Франции, Великобритании и Соединенных Штатах в конце 18-го и начале 19-го веков. Первый коммерчески успешный гребной пароход "Норт-Ривер", спроектированный американским инженером Робертом Фултоном, прошел вверх по Гудзону от Нью-Йорка до Олбани (штат НьюЙорк) в 1807 году со скоростью около 5 миль (8 км) в час. В конце концов, все более крупные пароходы доставляли грузы, а также пассажиров по сотням миль внутренних водных путей Восточной и центральной части Соединенных Штатов, особенно по реке Миссисипи. Первое трансокеанское плавание с использованием паровой энергии было завершено в 1819 году американским парусным судном "Саванна" со вспомогательным паровым веслом. Он отплыл из Саванны, штат Джорджия, в Ливерпуль чуть более чем за 27 дней, хотя его весло работало всего 85 часов плавания. Ко второй половине 19-го века все более крупные и быстрые пароходы регулярно перевозили пассажиров, грузы и почту через Северную Атлантику, служба, получившая название “Атлантический паром".”
Использование электричества
В начале XIX века ученые Европы и США исследовали связь между электричеством и магнетизмом, и их исследования вскоре привели к практическому применению электромагнитных явлений.
Электрические генераторы и электродвигатели. В 1820-х и 30-х годах британский ученый Майкл Фарадей экспериментально продемонстрировал, что прохождение электрического тока через катушку провода между двумя полюсами Магнита заставит катушку вращаться, в то время как поворот катушки провода между двумя полюсами Магнита вызовет электрический ток в катушке (электромагнитную индукцию). Первое явление в конечном счете стало основой электрического двигателя, который преобразует электрическую энергию в механическую энергию, в то время как второе в конечном счете стало основой электрического генератора, или динамо-машины, которая преобразует механическую энергию в электрическую энергию. Хотя оба двигателя и генераторы претерпели значительные усовершенствования в середине XIX века, их практическое применение в больших масштабах зависело от более позднего изобретения других машин, а именно электропоездов и электрического освещения.
Электрические железные дороги и трамваи. Первая электрическая железная дорога, предназначенная для использования в городском общественном транспорте, была продемонстрирована немецким инженером Вернером фон Сименсом в Берлине в 1879 году. К началу XX века электрические железные дороги действовали внутри и между несколькими крупными городами Европы и Соединенных Штатов. Первый электрифицированный участок лондонской подземки, названный лондонским метрополитеном, начал функционировать в 1890 году.
Раскаленная добела лампа накаливания lamp.In Джозеф Уилсон Свон в Англии и позднее Томас Альва Эдисон в США независимо друг от друга изобрели практическую электрическую лампу накаливания, которая производит непрерывный свет, нагревая нить накала электрическим током в вакууме (или вблизи вакуума). Оба изобретателя подали заявки на патенты, и их юридические споры закончились только после того, как они согласились создать совместную компанию в 1883 году. С тех пор Эдисону приписывают большую часть заслуг за изобретение, потому что он также разработал линии электропередач и другое оборудование, необходимое для практической системы освещения. В течение следующих 50 лет электрические лампы накаливания постепенно заменили газовые и керосиновые лампы в качестве основной формы искусственного освещения в городских районах, хотя газовые уличные фонари сохранялись в Великобритании до середины 20-го века.
Телеграф и телефон
Два изобретения 19го века, электрический телеграф и электрический телефон, впервые сделали возможной надежную мгновенную связь на больших расстояниях. Их влияние на торговлю, дипломатию, военные операции, журналистику и бесчисленные аспекты повседневной жизни было почти мгновенным и оказалось длительным.
Телеграф. Первые практические электрические телеграфные системы были созданы почти одновременно в Великобритании и Соединенных Штатах в 1837 году. В устройстве, разработанном британскими изобретателями Уильямом Фотергиллом Куком и Чарльзом Уитстоуном, иглы на монтажной пластине приемника указывали на определенные буквы или цифры, когда электрический ток проходил через присоединенные провода. Американский художник и изобретатель Сэмюэл Ф. Б. Морс создал свой собственный электрический телеграф и, что еще более знаменательно, универсальный код, с тех пор известный как азбука Морзе, который можно было использовать в любой системе телеграфирования. Код, состоящий из набора символических точек, тире и пробелов, вскоре был принят (в измененной форме для размещения диакритических знаков) во всем мире. Демонстрационная телеграфная линия между Вашингтоном, округ Колумбия, и Балтимором, штат Мэриленд, была завершена в 1844 году. Первое послание, посланное на нем, было: "что сотворил Бог!" Телеграфные кабели были впервые проложены через Ла-Манш в 1851 году и через Атлантический океан в 1858 году. В Соединенных Штатах распространение телеграфной связи благодаря росту частных телеграфных компаний, таких как Western Union, способствовало поддержанию правопорядка на Западных территориях и контролю за движением на железных дорогах. Более того, это позволило передавать национальные и международные новости через телеграфные службы, такие как Associated Press. В 1896 году итальянский физик и изобретатель Гульельмо Маркони усовершенствовал систему беспроводной телеграфии (радиотелеграфии), которая имела важное военное применение в XX веке.
Телефон. В 1876 году американский ученый шотландского происхождения Александр Грэм Белл успешно продемонстрировал телефон, который передавал звук, в том числе и человеческий голос, с помощью электрического тока. Устройство Белла состояло из двух наборов металлических Тростников (мембран) и электромагнитных катушек. Звуковые волны, возникающие вблизи одной мембраны, заставляют ее вибрировать на определенных частотах, что вызывает соответствующие токи в электромагнитной катушке, соединенной с ней, и эти токи затем перетекают на другую катушку, которая, в свою очередь, заставляет другую мембрану вибрировать на тех же частотах, воспроизводя исходные звуковые волны. Первый "телефонный звонок “(успешная электрическая передача понятной человеческой речи) произошел между двумя комнатами Бостонской Лаборатории Белла 10 марта 1876 года, когда Белл вызвал своего ассистента Томаса Уотсона со знаменитыми словами, которые Белл записал в своих записях:" Мистер Уотсон, подойдите сюда, я хочу вас видеть."Первоначально телефон был диковинкой или игрушкой для богатых, но к середине 20-го века он стал обычным бытовым инструментом, миллиарды из которых использовались по всему миру.
Двигатель внутреннего сгорания и автомобиль
Одним из наиболее значительных изобретений поздней промышленной революции был двигатель внутреннего сгорания, а вместе с ним и автомобиль, работающий на бензине. Автомобиль, который заменил лошадь и экипаж в Европе и Соединенных Штатах, обеспечил большую свободу передвижения для обычных людей, облегчил коммерческие связи между городскими и сельскими районами, оказал влияние на городское планирование и рост крупных городов и способствовал серьезным проблемам загрязнения воздуха в городских районах.
Двигатель внутреннего сгорания.
Двигатель внутреннего сгорания вырабатывает работу за счет сгорания внутри двигателя сжатой смеси окислителя (воздуха) и топлива, при этом горячие газообразные продукты сгорания отталкиваются от движущихся поверхностей двигателя, таких как поршень или ротор. Первый коммерчески успешный двигатель внутреннего сгорания, который использовал смесь угольного газа и воздуха, был построен около 1859 года Бельгийским изобретателем Этьеном Ленуаром. Первоначально дорогостоящий и неэффективный, он был значительно модифицирован в 1878 году немецким инженером Николаусом Отто, который ввел четырехтактный цикл индукции-сжатия-обжига-выхлопа. Из-за их большей эффективности, долговечности и простоты использования, газовые двигатели, основанные на конструкции Отто, вскоре заменили паровые двигатели в небольших промышленных применениях. Первый бензиновый двигатель внутреннего сгорания, также основанный на четырехтактной конструкции Отто, был изобретен немецким инженером Готлибом Даймлером в 1885 году. Вскоре после этого, в начале 1890-х годов, другой немецкий инженер, Рудольф Дизель, построил двигатель внутреннего сгорания (дизельный двигатель), который использовал тяжелое масло вместо бензина и был более эффективным, чем двигатель Отто. Он широко использовался для питания локомотивов, тяжелой техники и подводных лодок.
Автомобиль.
Благодаря своей эффективности и легкому весу бензиновый двигатель идеально подходил для легкого передвижения на автомобиле. Первые мотоцикл и автомобиль с двигателем внутреннего сгорания были построены Даймлером и Карлом Бенцем соответственно в 1885 году. К 1890-м годам зарождающаяся промышленность в континентальной Европе и Соединенных Штатах производила все более сложные автомобили для богатых клиентов. Менее чем через 20 лет Американский промышленник Генри Форд усовершенствовал конвейерные методы производства, чтобы производить миллионы автомобилей (особенно модель Т) и легких грузовиков ежегодно. Великая экономия от масштаба, которой он достиг, сделала владение автомобилем доступным для американцев со средним доходом, что стало крупным достижением в истории транспорта.