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第26章 发明创造——从印刷术到微软帝国(3)

富兰克林度过的最后一个冬天是在亲人环护中度过的。1790年4月17日,夜里11点,富兰克林溘然逝去。那时,他的孙子谭波尔和本杰明正陪在他的身边。4月21日,费城人民为他举行了葬礼,两万人参加了出殡队伍,为富兰克林的逝世服丧一个月以示哀悼。本杰明.富兰克林就这样走完了他人生路上的84度春秋,静静地躺在教堂院子里的墓穴中,他的墓碑上只刻着:“印刷工富兰克林”。

工业革命的基石:瓦特与蒸汽机

詹姆斯·瓦特(JamesWatt,1736年1月19日-1819年8月25日),英国著名的发明家,是工业革命时期的重要人物。英国皇家学会会员和法兰西科学院外籍院士。他对当时已出现的蒸汽机原始雏形作了一系列的重大改进,发明了单缸单动式和单缸双动式蒸汽机,提高了蒸汽机的热效率和运行可靠性,对当时社会生产力的发展作出了杰出贡献。他改良了蒸汽机、发明了气压表、汽动锤。

人类对蒸汽的认识和利用,经历了一个漫长的历史过程。早在公元前二世纪,古希腊人就制造过一种利用蒸汽喷射的反作用的发动机。1690年,法国人巴比首先发明了第一台活塞式蒸汽机,但他未能制成实用的蒸汽机。1698年,英国的一位技师塞莱斯发明了实用的无活塞式蒸汽机。这种机器在矿井中得到应用,被称为“矿山之友”,但受当时材料和技术的限制,无法推广。后来经过改进,直到18世纪,英国的铁匠纽科门才制成第一台能把热能转变为机械能的较原始的蒸汽机。这种机器综合了巴本机和塞莱斯机的优点,不需高压蒸汽即可排水,效率也有较大提高。但是,这种蒸汽机结构不合理,耗煤多,活塞只能作往复运动,不能作旋转运动,因此热效能较低。

随着工业发展对新动力的需求日益突出,推动了对蒸汽机作进一步的改进。从18世纪60年代起,英国的工程师斯米顿开始研究改进纽可门蒸汽机,他测量了一百多种当时的蒸汽机的部件和效率,并对所得资料进行了系统的比较分析。斯米顿本人没有对蒸汽机的结构做任何改进,但是他积累的数据为改进蒸汽机提供了方便。与此同时,瓦特也开始研究改进蒸汽机。

瓦特在大学修理仪器期间,学校曾经把一台旧式的纽可门蒸汽机交给他修理。他通过大量实验以及根据格拉斯哥大学教授布莱克提出的潜热、比热理论进行分析,对旧式蒸汽机进行深入研究,找出了旧式机器效率低的主要原因:除了漏汽、散热等造成热量的浪费外,主要缺陷在于每一冲程都要用冷水将汽缸冷却一次,从而耗了大量热量,使绝大部分蒸汽没有被有效利用。针对这一缺陷,瓦特提出了减少蒸汽消耗,提高热机效率的两项措施:一、为了使汽缸始终保持蒸汽所必须具有的温度,必须在汽缸外加上绝热外套或通以蒸汽或用其他方法对汽缸加热;二、使作功后的蒸汽尽可能快地冷却,液化成水并要使这一过程在汽缸外进行,为此必须设置一个独立于汽缸的冷凝器,在机械传动方面也要改进。他决心自己制造一台新的蒸汽机,来改进旧机器的不足。

瓦特自筹资金,租了间地下室,买了必要的设备,反复实验,经历了无数次挫折和失败,在工人的帮助下,终于发明了与汽缸分离的冷凝器,解决了制造精密汽缸、活塞的工艺问题,同时采用油润滑活塞,汽缸外附加绝热层等措施,制成单动作蒸汽机。后经继续试验,又在1782年,发明了具有连杆、飞轮和离心调速器的双动作蒸汽机,制成了新的可实用的蒸汽机。这种双动作式蒸汽机,把阀门安装得可利用蒸汽的压力来推动活塞,既可向前又可向后。并借助连杆和飞轮把活塞的直线运动变成了圆周运动。为了保持蒸汽机的匀速运转,他把一个离心调速器连接在进汽活门上,使其自动调节进汽量。这种装置是最早在技术上使用的自动控制器。他设计了一个和汽缸分离的冷凝器,将高温蒸汽从气缸中导出并冷却,使得主要汽缸能保持一定温度。同时他提高了汽缸的精密度,把活塞和阀门也做得光滑、严密。从而比纽科门蒸汽机大大提高了热效率和可靠性。由于这种蒸汽机把往复的直线运动变成为连续而均匀的圆周运动,因而可以经过传动装置带动一切机器运转,成为能普遍用于工业和交通运输业的“万能动力机”。这种高效率的蒸汽机很快取代了旧式的蒸汽机,被各工业部门迅速采用。从此,动力机、传动机和工作机组成了机器生产系统,成为产业近代化的核心。

到19世纪30年代,蒸汽机广泛应用到纺织、冶金、采煤、交通等部门去,很快引起了一场技术革命。美国人富尔顿发明了用瓦特蒸汽机作动力的轮船;英国人史蒂芬逊发明了用瓦特蒸汽机作动力的火车。瓦特的蒸汽机成为真正的国际性发明,它有力地促进了欧洲18世纪的产业革命,推动世界工业进入了“蒸汽时代”。

1784年4月,英国政府授予瓦特以制造蒸汽机的专利证书。马克思曾经评论说:瓦特的伟大天才表现在他所取得的专利的说明书中,他没有把自己的蒸汽机说成是一种用于特殊目的的发明,而是把它说成是大工业普遍应用的发动机。

来源于生活的灵感:珍妮机缓和了英国的“纱荒”

18世纪中期,英国商品越来越多地销往海外,手工工场的生产技术供应不足。为了提高产量,人们想方设法改进生产技术。在棉纺织部门,人们先是发明了一种叫飞梭的织布工具,大大加快了织布的速度,也刺激了对棉纱的需求。18世纪60年代,织布工哈格里夫斯发明了“珍妮机”的手摇纺纱机。“珍妮机”一次可以纺出许多根棉线,极大的提高了生产率。

1764年里的一天,英国兰开郡有个纺织工詹姆斯·哈格里夫斯,那天晚上他回家,开门后不小心一脚踢翻了他妻子正在使用的纺纱机,当时他的第一个反应就是赶快把纺纱机扶正。但是当他弯下腰来的时候,却突然愣住了,原来他看到那被踢倒的纺纱机还在转,只是原先横着的纱锭现在变成直立的了。他猛然想到:如果把几个纱锭都竖着排列,用一个纺轮带动,不就可以一下子纺出更多的纱了吗?哈格里夫斯非常兴奋,马上试着干,第二年他就造出用一个纺轮带动八个竖直纱锭的新纺纱机,功效一下子提高了八倍。1764年制成以他女儿珍妮命名的纺纱机。这是最早的多锭手工纺纱机,装有8个锭子,以罗拉喂入纤维条,适用于棉、毛、麻纤维纺纱。珍妮纺纱机的出现引起当时人数很多的手工纺纱者的恐慌,他们冲进哈格里夫斯的家里捣毁机器。1768年J.哈格里夫斯在诺丁汉与别人合资开办一家纺纱作坊,用珍妮纺纱机生产针织用纱。由于当年他没能申请到专利,因此只能自己生产“珍妮机”来赚钱。“珍妮机”不但效率高,而且纺出的纱质量也比较好,因此哈格里夫斯的生意不错,“珍妮机”也渐渐流传开来了。

这天夜晚,哈格里夫斯夫妇晚餐后正在谈论“珍妮机”给他俩带来的日渐富裕。突然一阵杂乱的脚步声出现在他家门口,然后,门被粗暴地撞开,一群怒气冲冲的男男女女冲进来。他们不由分说,将房里制作好的“珍妮机”通通捣毁:“你制作的害人机器见鬼去吧!”甚至有人还放火,点燃了哈格里夫斯的房屋。他们夫妇俩被赶出了兰开郡的小镇。

原来,英国工业革命发生后,大量失去土地的农民涌入城市,为工场主打工谋生。当时英国占领了印度作为殖民地,印度生产的棉纺织品价廉物美,热销一时,引发了英国本土棉纺业的繁荣。但是,织布机械由于机械工人凯伊发明飞梭技术,生产率大大提高。织布需要的棉纱,却还是依靠众多家庭手工业的纺车慢慢纺出来。所以棉纱供不应求,收购价格较高。“珍妮机”的发明使棉纱产量上升,于是,织布厂收购棉纱价格下跌。那些没有使用“珍妮机”的纺纱工人不但产量低,而且棉纱又卖不出好价钱。日子久了,他们的怒气爆发,才有捣毁机器那一幕的发生。

哈格里夫斯夫妇不得不流落诺丁汉街头,但他俩还是努力改进“珍妮机”。

1768年,哈格里夫斯获得了专利;到了1784年,“珍妮机”已增加到八十个纱锭。四年后英国已有两万台“珍妮机”了。

工业革命不断地催生出新的发明。1769年,理查德·阿克莱特发明了卷轴纺纱机。它以水力为动力,不必用人操作,而且纺出的纱坚韧而结实,解决了生产纯棉布的技术问题。但是水力纺纱机体积很大,必须搭建高大的厂房,又必须建在河流旁边,并有大量工人集中操作。于是,1771年,他建立起有三百名工人的工厂;十年后工人增加到六百名。纺织业就这样逐渐从手工业作坊过渡到工厂大工业,到1800年,英国已有这样的工厂三百家。但这种机器纺出的纱太粗,还需要改进。

童工出身的塞缪尔·克隆普顿于1779年发明了走锭精纺机。它结合“珍妮机”和水力纺纱机的特色,又称“骡机”。这种机器纺出的棉纱柔软、精细又结实,很快得到应用。到1800年,英国已有六百家“骡机”纺纱厂。

英国纺纱业的大发展,使织布业反倒显得落后了。1785年,牧师卡特赖特发明水力织布机,使织布工效提高了四十倍。到1800年,英国棉纺业基本实现了机械化。