Вторая промышленная революция: период технологических изменений (1870–1914)

Введение

1870–1914 годы – период стремительных технологических изменений.

Вторая промышленная революция, также известная как Технологическая революция, была фазой стремительных научных открытий, стандартизации, массового производства и индустриализации, охватывавшей конец XIX – начало XX века. Первая промышленная революция, завершившаяся в середине XIX века, характеризовалась замедлением темпов важных изобретений до начала Второй промышленной революции в 1870 году. Хотя многие её события восходят к более ранним инновациям в производстве, таким как создание станкостроения, разработка методов производства взаимозаменяемых деталей, а также изобретение бессемеровского и мартеновского процессов производства стали, Вторая промышленная революция обычно датируется периодом с 1870 по 1914 год (начало Первой мировой войны). Достижения в производстве и производственных технологиях позволили широко внедрить технологические системы, такие как сети телеграфа и железных дорог, газо- и водоснабжение, а также канализационные системы, которые ранее были доступны лишь немногим избранным городам. Огромное расширение железнодорожных и телеграфных сетей после 1870 года обеспечило беспрецедентную мобильность людей и идей, что привело к новой волне глобализации. В тот же период были внедрены новые технологические системы, наиболее значимыми из которых стали электричество и телефон. Вторая промышленная революция продолжалась в XX веке с ранней электрификацией фабрик и внедрением конвейерного производства; она завершилась с началом Первой мировой войны. За Второй промышленной революцией последовала Третья промышленная революция, начавшаяся в 1947 году.

Обзор

Вторая промышленная революция была периодом быстрого промышленного развития, в основном в Великобритании, Германии и Соединенных Штатах, но также во Франции, Нидерландах, Италии и Японии. Она последовала за Первой промышленной революцией, которая началась в Британии в конце XVIII века и затем распространилась по всей Западной Европе. Она завершилась с началом Первой мировой войны. В то время как Первая революция была обусловлена ограниченным использованием паровых двигателей, взаимозаменяемых деталей и массового производства, и в значительной степени использовала энергию воды, особенно в Соединенных Штатах, Вторая характеризовалась строительством железных дорог, крупномасштабным производством железа и стали, широким использованием машин в производстве, значительно возросшим использованием паровой энергии, широким распространением телеграфа, использованием нефти и началом электрификации. Это также был период, когда стали применяться современные организационные методы для управления крупномасштабными предприятиями на обширных территориях. Концепция была введена Патриком Геддесом в книге «Города в эволюции» (1910) и использовалась экономистами, такими как Эрих Циммерманн (1951), но использование термина Дэвидом Ландесом в эссе 1966 года и в книге «Нескованный Прометей» (1972) стандартизировало научные определения этого термина, которое наиболее активно продвигал Альфред Чандлер (1918–2007). Однако некоторые продолжают выражать сомнения относительно его использования. В 2003 году Ландес подчеркнул важность новых технологий, особенно двигателя внутреннего сгорания, нефти, новых материалов и веществ, включая сплавы и химические вещества, электричества и коммуникационных технологий, таких как телеграф, телефон и радио. Один автор назвал период с 1867 по 1914 год, в течение которого были разработаны большинство великих инноваций, «Эпохой синергии», поскольку изобретения и инновации основывались на инженерном деле и науке.

Промышленность и технологии

В начале Второй промышленной революции сложилась синергия между производством железа и стали, развитием железных дорог и добычей угля. Железные дороги обеспечивали дешевую транспортировку материалов и продукции, что, в свою очередь, вело к удешевлению рельсов для строительства новых путей. Железные дороги также выигрывали от дешевого угля для своих паровозов. Эта синергия привела к прокладке 75 000 миль железнодорожных путей в США в 1880-х годах – это был самый большой объем в мировой истории.

Железо

Техника горячего дутья, при которой горячие отходящие газы из доменной печи используются для предварительного нагрева воздуха, подаваемого в доменную печь, была изобретена и запатентована Джеймсом Бомонтом Нилсоном в 1828 году на металлургическом заводе Вильсонтаун в Шотландии. Горячее дутье стало самым важным усовершенствованием в повышении топливной эффективности доменной печи, поскольку значительно снизило расход топлива при производстве чугуна и являлось одной из важнейших технологий, разработанных в эпоху промышленной революции. Снижение стоимости производства ковкого железа совпало с развитием железнодорожного транспорта в 1830-х годах. В ранних установках горячего дутья в качестве регенеративного теплоаккумулятора использовалось железо. Железо вызывало проблемы, связанные с расширением и сжатием, что приводило к его деформации и поломкам. Эдвард Альфред Каупер разработал печь Каупера в 1857 году. В этой печи в качестве теплоаккумулятора использовался огнеупорный кирпич, что позволило решить проблему расширения и образования трещин. Печь Каупера также обеспечивала высокую температуру нагрева, что способствовало увеличению производительности доменных печей. Печь Каупера до сих пор используется на современных доменных печах. Благодаря значительному снижению стоимости производства чугуна с использованием кокса и горячего дутья, спрос на чугун резко возрос, а вместе с ним и размеры доменных печей.

Сталь

Бессемерский процесс, изобретенный сэром Генри Бессемером, позволил массовое производство стали, увеличив масштаб и скорость производства этого жизненно важного материала и снизив потребность в рабочей силе. Основным принципом было удаление избыточного углерода и других примесей из чугуна путем окисления воздухом, продуваемым через расплавленное железо. Окисление также повышало температуру железной массы и поддерживало её в расплавленном состоянии. "Кислотный" бессемеровский процесс имел серьезное ограничение, заключавшееся в том, что он требовал относительно редкой гематитовой руды с низким содержанием фосфора. Сидни Гилкрист Томас разработал более совершенный процесс для удаления фосфора из железа. Сотрудничая со своим кузеном Перси Гилкристом, химиком на железоделательном заводе Блэнавон в Уэльсе, он запатентовал свой процесс в 1878 году; компания Bolckow Vaughan & Co. в Йоркшире стала первой, применившей его запатентованный метод. Его процесс был особенно ценен на континенте Европы, где доля фосфорного железа была значительно больше, чем в Англии, и как в Бельгии, так и в Германии имя изобретателя стало более известно, чем в его родной стране. В Америке, несмотря на преобладание железа без фосфора, изобретение вызвало огромный интерес. Другими важными изделиями из стали, также производившимися с использованием мартеновского процесса, были стальные канаты, стальные прутки и листовая сталь, которые позволили создавать большие котлы высокого давления и сталь с высокой прочностью на растяжение для машин, что позволило создавать гораздо более мощные двигатели, передачи и оси, чем ранее. Благодаря большому количеству стали стало возможным строить более мощные орудия и лафеты, танки, бронетехнику и военные корабли.

Железная дорога

Увеличение производства стали с 1860-х годов позволило, наконец, производить железные дороги из стали по конкурентоспособной цене. Сталь, будучи гораздо более прочным материалом, постепенно заменила железо как стандарт для железнодорожных рельсов, и благодаря большей прочности теперь можно было прокатчивать рельсы большей длины. Кованое железо было мягким и содержало дефекты, вызванные включенным шлаком. Железные рельсы также не могли выдерживать тяжелые локомотивы и повреждались ударами молотка. Первым, кто изготовил прочные рельсы из стали, а не кованого железа, был Роберт Форестер Мушет на заводе Darkhill Ironworks в Глостершире в 1857 году. Первые стальные рельсы Мушета были отправлены на железнодорожную станцию Derby Midland. Рельсы были уложены на части подхода к станции, где железные рельсы требовалось заменять не реже чем каждые шесть месяцев, а иногда и каждые три. Шесть лет спустя, в 1863 году, рельсы казались такими же надежными, как и прежде, хотя по ним ежедневно проходило около 700 поездов. Это заложило основу для ускоренного строительства железных дорог по всему миру в конце XIX века. Первые коммерчески доступные стальные рельсы в США были изготовлены в 1867 году на Cambria Iron Works в Джонстауне, штат Пенсильвания. Стальные рельсы служили более чем в десять раз дольше, чем железные, и с удешевлением стали стали использовать рельсы большего веса. Это позволило использовать более мощные локомотивы, которые могли тянуть более длинные поезда и вагоны, что значительно повысило производительность железных дорог. Железнодорожный транспорт стал доминирующей формой транспортной инфраструктуры во всем индустриальном мире, что привело к устойчивому снижению стоимости перевозок на протяжении всего столетия. Его изобретения электромагнитных вращающихся устройств стали основой практического применения электричества в технике. В 1881 году сэр Джозеф Свон, изобретатель первой работоспособной лампы накаливания, поставил около 1200 ламп накаливания в театр Savoy в Вестминстере, Лондон, который стал первым театром и первым общественным зданием в мире, полностью освещенным электричеством. Лампы Свона уже использовались в 1879 году для освещения улицы Мосли в Ньюкасле-апон-Тайне, первой в мире установки уличного электрического освещения. Это подготовило почву для электрификации промышленности и быта. Первая крупномасштабная центральная распределительная электростанция была открыта на Холборнском виадуке в Лондоне в 1882 году, а затем на станции Pearl Street в Нью-Йорке. Первая современная электростанция в мире была построена английским инженером-электриком Себастьяном де Ферранти в Дептфорде. Построенная в беспрецедентных масштабах и впервые использовавшая высокое напряжение (10 000 В) переменного тока, она генерировала 800 киловатт и снабжала центральный Лондон. После завершения строительства в 1891 году она обеспечивала высоковольтное питание переменным током, которое затем преобразовывалось с помощью трансформаторов для потребительского использования на каждой улице. Электрификация позволила осуществить последние крупные разработки в методах производства Второй промышленной революции, а именно конвейер и массовое производство. Национальная инженерная академия назвала электрификацию «самым важным инженерным достижением XX века». Электрическое освещение на заводах значительно улучшило условия труда, устранив тепло и загрязнение, вызванные газовым освещением, и снизив пожароопасность настолько, что стоимость электроэнергии для освещения часто компенсировалась снижением страховых взносов от пожара. Фрэнк Дж. Спраг разработал первый успешный двигатель постоянного тока в 1886 году. К 1889 году 110 электрических уличных железных дорог либо использовали его оборудование, либо планировали это сделать. Электрическая уличная железная дорога стала важной инфраструктурой до 1920 года. Двигатель переменного тока (индукционный двигатель) был разработан в 1890-х годах и вскоре начал использоваться в электрификации промышленности. Электрификация домов не стала распространенной до 1920-х годов и только в городах. Люминесцентные лампы были коммерчески представлены на Всемирной выставке 1939 года. Электрификация также позволила недорого производить электрохимические вещества, такие как алюминий, хлор, гидроксид натрия и магний.

The increase in steel production from the 1860s meant that railways could finally be made from steel at a competitive cost. Being a much more durable material, steel steadily replaced iron as the standard for railway rail, and due to its greater strength, longer lengths of rails could now be rolled. Wrought iron was soft and contained flaws caused by included dross. Iron rails could also not support heavy locomotives and were damaged by hammer blow. The first to make durable rails of steel rather than wrought iron was Robert Forester Mushet at the Darkhill Ironworks, Gloucestershire in 1857. The first of Mushet's steel rails was sent to Derby Midland railway station. The rails were laid at part of the station approach where the iron rails had to be renewed at least every six months, and occasionally every three. Six years later, in 1863, the rail seemed as perfect as ever, although some 700 trains had passed over it daily. This provided the basis for the accelerated construction of railways throughout the world in the late nineteenth century. The first commercially available steel rails in the US were manufactured in 1867 at the Cambria Iron Works in Johnstown, Pennsylvania. Steel rails lasted over ten times longer than did iron, and with the falling cost of steel, heavier weight rails were used. This allowed the use of more powerful locomotives, which could pull longer trains, and longer rail cars, all of which greatly increased the productivity of railroads. Rail became the dominant form of transport infrastructure throughout the industrialized world, producing a steady decrease in the cost of shipping seen for the rest of the century. His inventions of electromagnetic rotary devices were the foundation of the practical use of electricity in technology. In 1881, Sir Joseph Swan, inventor of the first feasible incandescent light bulb, supplied about 1,200 Swan incandescent lamps to the Savoy Theatre in the City of Westminster, London, which was the first theatre, and the first public building in the world, to be lit entirely by electricity. Swan's lightbulb had already been used in 1879 to light Mosley Street, in Newcastle upon Tyne, the first electrical street lighting installation in the world. This set the stage for the electrification of industry and the home. The first large scale central distribution supply plant was opened at Holborn Viaduct in London in 1882 and later at Pearl Street Station in New York City. The first modern power station in the world was built by the English electrical engineer Sebastian de Ferranti at Deptford. Built on an unprecedented scale and pioneering the use of high voltage (10,000V) alternating current, it generated 800 kilowatts and supplied central London. On its completion in 1891 it supplied high voltage AC power that was then "stepped down" with transformers for consumer use on each street. Electrification allowed the final major developments in manufacturing methods of the Second Industrial Revolution, namely the assembly line and mass production. Electrification was called "the most important engineering achievement of the 20th century" by the National Academy of Engineering. Electric lighting in factories greatly improved working conditions, eliminating the heat and pollution caused by gas lighting, and reducing the fire hazard to the extent that the cost of electricity for lighting was often offset by the reduction in fire insurance premiums. Frank J. Sprague developed the first successful DC motor in 1886. By 1889 110 electric street railways were either using his equipment or in planning. The electric street railway became a major infrastructure before 1920. The AC motor (Induction motor) was developed in the 1890s and soon began to be used in the electrification of industry. Household electrification did not become common until the 1920s, and then only in cities. Fluorescent lighting was commercially introduced at the 1939 World's Fair. Electrification also allowed the inexpensive production of electro chemicals, such as aluminium, chlorine, sodium hydroxide, and magnesium.

Машины-инструменты

Использование станков началось с наступлением Первой промышленной революции. Рост механизации требовал большего количества металлических деталей, которые обычно изготавливались из чугуна или кованого железа, – а ручная обработка была неточной, медленной и дорогостоящей. Одним из первых станков была расточная машина Джона Уилкинсона, которая выточила точное отверстие в первом паровом двигателе Джеймса Уатта в 1774 году. Улучшения в точности станков связаны с именем Генри Модслея и были доведены до совершенства Джозефом Уитвортом. Стандартизация резьбы винтов началась с Генри Модслея около 1800 года, когда появление современного винторезного токарного станка сделало взаимозаменяемые винты с V-образной резьбой практически доступным товаром. В 1841 году Джозеф Уитворт разработал конструкцию, которая, благодаря внедрению многими британскими железнодорожными компаниями, стала первым в мире национальным стандартом для станков, известным как British Standard Whitworth. В 1840-х – 1860-х годах этот стандарт широко использовался также в Соединенных Штатах и Канаде, наряду с множеством внутри- и межкорпоративных стандартов. Важность станков для массового производства демонстрируется тем фактом, что при производстве Ford Model T было использовано 32 000 станков, большинство из которых работало от электричества. Генри Форд утверждал, что массовое производство было бы невозможно без электричества, поскольку оно позволяло размещать станки и другое оборудование в соответствии с последовательностью производственного процесса.

Изготовление бумаги

Первой бумагоделательной машиной была машина Фурдринье, построенная Сили и Генри Фурдринье, владельцами канцелярской лавки в Лондоне. В 1800 году Маттиас Купс, работавший в Лондоне, исследовал возможность изготовления бумаги из древесины и через год открыл типографию. Однако его предприятие оказалось неудачным из-за чрезмерно высоких затрат того времени. В 1840-х годах Чарльз Фенерти в Новой Шотландии и Фридрих Готтлоб Келлер в Саксонии независимо друг от друга изобрели успешную машину, которая извлекала волокна из древесины (аналогично тряпкам) и производила из них бумагу. Это положило начало новой эре в бумажном производстве, и вместе с изобретением перьевой ручки и массово производимого карандаша того же периода, а также с появлением паровой ротационной печатной машины, бумага на основе древесины вызвала значительные преобразования в экономике и обществе промышленно развитых стран в XIX веке. С появлением более дешевой бумаги к 1900 году постепенно стали доступны учебники, художественная и научно-популярная литература, а также газеты. Дешевая бумага на основе древесины также позволила людям вести личные дневники и писать письма, поэтому к 1850 году профессия писца или клерка перестала считаться престижной. К 1880-м годам в производстве бумаги стали использоваться химические процессы, которые к 1900 году стали доминирующими.

Нефть

Нефтяная промышленность, включающая добычу и переработку, началась в 1848 году с первых нефтеперерабатывающих предприятий в Шотландии. Химик Джеймс Янг основал небольшое предприятие по переработке сырой нефти в 1848 году. Янг обнаружил, что посредством медленной дистилляции из неё можно получить ряд полезных жидкостей, одну из которых он назвал «парафиновым маслом», поскольку при низких температурах оно застывало в вещество, напоминающее парафиновый воск. В 1850 году Янг построил первый в мире полноценный коммерческий нефтеперерабатывающий завод в Батгейте, используя нефть, извлечённую из местного торбанита, сланца и битуминозного угля, для производства нефти и смазочных масел; парафин для использования в качестве топлива и твёрдый парафин начали продавать только с 1856 года. Ударно-канатное бурение было разработано в древнем Китае и использовалось для бурения соляных скважин. В соляных куполах также содержался природный газ, который некоторые скважины давали в качестве побочного продукта и использовали для выпаривания рассола. Китайская технология бурения скважин была внедрена в Европу в 1828 году. Несмотря на многочисленные попытки бурения нефтяных скважин в середине XIX века, скважина Эдвина Дрейка, пробуренная в 1859 году недалеко от Титусвилля (штат Пенсильвания), считается первой «современной нефтяной скважиной». Скважина Дрейка положила начало крупному нефтяному буму в Соединённых Штатах. Дрейк узнал об ударно-канатном бурении от китайских рабочих в США. Первым основным продуктом был керосин для ламп и обогревателей. Аналогичные разработки в районе Баку снабжали европейский рынок. Керосиновое освещение было гораздо эффективнее и дешевле, чем растительные масла, животный жир и китовое масло. Хотя в некоторых городах было доступно уличное газовое освещение, керосин давал более яркий свет до изобретения газовой горелки. Оба вида освещения были заменены электричеством для уличного освещения после 1890-х годов и для бытового использования в 1920-х годах. Бензин был нежелательным побочным продуктом нефтепереработки, пока после 1914 года не началось массовое производство автомобилей, а во время Первой мировой войны не возник дефицит бензина. Изобретение процесса Бертона для термического крекинга удвоило выход бензина, что помогло смягчить последствия дефицита. После открытия мовеина появилось множество новых анилиновых красителей (некоторые из них были открыты самим Перкином), и по всей Европе были построены заводы по их производству. К концу века Перкин и другие британские компании обнаружили, что их научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы всё больше уступают немецкой химической промышленности, которая к 1914 году стала доминирующей в мире.

The petroleum industry, both production and refining, began in 1848 with the first oil works in Scotland. The chemist James Young set up a tiny business refining the crude oil in 1848. Young found that by slow distillation he could obtain a number of useful liquids from it, one of which he named "paraffine oil" because at low temperatures it congealed into a substance resembling paraffin wax. In 1850 Young built the first truly commercial oil works and oil refinery in the world at Bathgate, using oil extracted from locally mined torbanite, shale, and bituminous coal to manufacture naphtha and lubricating oils; paraffin for fuel use and solid paraffin were not sold till 1856. Cable tool drilling was developed in ancient China and was used for drilling brine wells. The salt domes also held natural gas, which some wells produced and which was used for evaporation of the brine. Chinese well drilling technology was introduced to Europe in 1828. Although there were many efforts in the mid 19th century to drill for oil, Edwin Drake's 1859 well near Titusville, Pennsylvania, is considered the first "modern oil well". Drake's well touched off a major boom in oil production in the United States. Drake learned of cable tool drilling from Chinese laborers in the U. S. The first primary product was kerosene for lamps and heaters. Similar developments around Baku fed the European market. Kerosene lighting was much more efficient and less expensive than vegetable oils, tallow and whale oil. Although town gas lighting was available in some cities, kerosene produced a brighter light until the invention of the gas mantle. Both were replaced by electricity for street lighting following the 1890s and for households during the 1920s. Gasoline was an unwanted byproduct of oil refining until automobiles were mass produced after 1914, and gasoline shortages appeared during World War I. The invention of the Burton process for thermal cracking doubled the yield of gasoline, which helped alleviate the shortages. After the discovery of mauveine, many new aniline dyes appeared (some discovered by Perkin himself), and factories producing them were constructed across Europe. Towards the end of the century, Perkin and other British companies found their research and development efforts increasingly eclipsed by the German chemical industry which became world dominant by 1914.

Морская технология

В эту эпоху родилось современное судно, когда разрозненные технологические достижения объединились. Винтовой движитель был представлен в 1835 году Фрэнсисом Петтитом Смитом, который случайно открыл новый способ изготовления винтов. До этого времени пропеллеры были буквально винтами значительной длины. Но во время испытаний лодки, приводимой в движение одним из них, винт сломался, оставив фрагмент, очень похожий на современный судовой винт. Лодка двигалась быстрее с поврежденным винтом. Превосходство винта над гребными колесами было воспринято военно-морскими флотами. Испытания с SS Archimedes Смита, первым пароходом с винтовым движителем, привели к знаменитому соревнованию в 1845 году между судном с винтовым движителем и гребным пароходом; первое буксировало второе назад со скоростью 2,5 узла (4,6 км/ч). Первый морской железный пароход был построен на верфи Horseley Ironworks и получил название Aaron Manby. Он также использовал инновационный осциллирующий двигатель. Судно было построено в Типтоне с использованием временных болтов, разобрано для транспортировки в Лондон и собрано заново на Темзе в 1822 году, на этот раз с использованием постоянных заклепок. За этим последовали другие технологические разработки, включая изобретение поверхностного конденсатора, который позволял котлам работать на очищенной воде, а не на соленой, устраняя необходимость в остановках для очистки во время длительных морских путешествий. "Грейт Вестерн", построенный инженером Изамбардом Кингдомом Брунелем, был самым длинным судном в мире – 72 метра, с килем длиной 76 метров, и первым доказал, что трансатлантическое пароходство является жизнеспособным. Корабль был построен в основном из дерева, но Брунель добавил болты и железные диагональные распорки для поддержания прочности киля. Помимо паровых колес, корабль нес четыре мачты с парусами. Брунель продолжил работу над "Грейт Британ", спущенным на воду в 1843 году и считающимся первым современным судном, построенным из металла, а не дерева, приводимым в движение двигателем, а не ветром или веслами и оснащенным винтовым движителем вместо гребного колеса. Видение Брунеля и его инженерные инновации сделали практичной реальностью строительство крупномасштабных пароходов с винтовым движителем, но преобладающие экономические и промышленные условия означали, что потребуется несколько десятилетий, прежде чем трансокеанское пароходство станет жизнеспособной отраслью. На судах стали использоваться высокоэффективные многоступенчатые паровые двигатели, позволяющие им перевозить меньше угля, чем груз. Революция в военно-морском проектировании привела к созданию первых современных линкоров в 1870-х годах, которые развились из броненосных кораблей 1860-х годов. Корабли класса "Девастейшн" были построены для британского Королевского флота как первый класс океанских линкоров, не имевших парусов, и первый, у которого все основные орудия были установлены на верхней палубе, а не внутри корпуса.

This era saw the birth of the modern ship as disparate technological advances came together. The screw propeller was introduced in 1835 by Francis Pettit Smith who discovered a new way of building propellers by accident. Up to that time, propellers were literally screws, of considerable length. But during the testing of a boat propelled by one, the screw snapped off, leaving a fragment shaped much like a modern boat propeller. The boat moved faster with the broken propeller. The superiority of screw against paddles was taken up by navies. Trials with Smith's SS Archimedes, the first steam driven screw, led to the famous tug of war competition in 1845 between the screw driven and the paddle steamer ; the former pulling the latter backward at 2.5 knots (4.6 km/h). The first seagoing iron steamboat was built by Horseley Ironworks and named the Aaron Manby. It also used an innovative oscillating engine for power. The boat was built at Tipton using temporary bolts, disassembled for transportation to London, and reassembled on the Thames in 1822, this time using permanent rivets. Other technological developments followed, including the invention of the surface condenser, which allowed boilers to run on purified water rather than salt water, eliminating the need to stop to clean them on long sea journeys. The Great Western
, built by engineer Isambard Kingdom Brunel, was the longest ship in the world at 236 feet (72 m) with a 250 feet (76 m) keel and was the first to prove that transatlantic steamship services were viable. The ship was constructed mainly from wood, but Brunel added bolts and iron diagonal reinforcements to maintain the keel's strength. In addition to its steam powered paddle wheels, the ship carried four masts for sails. Brunel followed this up with the Great Britain, launched in 1843 and considered the first modern ship built of metal rather than wood, powered by an engine rather than wind or oars, and driven by propeller rather than paddle wheel. Brunel's vision and engineering innovations made the building of large scale, propeller driven, all metal steamships a practical reality, but the prevailing economic and industrial conditions meant that it would be several decades before transoceanic steamship travel emerged as a viable industry. Highly efficient multiple expansion steam engines began being used on ships, allowing them to carry less coal than freight. The revolution in naval design led to the first modern battleships in the 1870s, evolved from the ironclad design of the 1860s. The Devastation class turret ships were built for the British Royal Navy as the first class of ocean going capital ship that did not carry sails, and the first whose entire main armament was mounted on top of the hull rather than inside it.

Велосипеды

Современный велосипед был разработан английским инженером Гарри Джоном Лоусоном в 1876 году, хотя первым коммерчески успешным безопасным велосипедом был Джон Кемп Старли, который создал его несколько лет спустя. Его популярность быстро росла, вызвав велосипедный бум 1890-х годов. В этот период дорожная сеть значительно улучшилась благодаря методу Макадама, разработанному шотландским инженером Джоном Лоудоном МакАдамом, и дороги с твердым покрытием строились примерно в то же время, что и велосипедная лихорадка 1890-х годов. Современный асфальт был запатентован британским инженером-строителем Эдгаром Пурнеллом Хули в 1901 году.

Автомобиль

Немецкий изобретатель Карл Бенц запатентовал первый в мире автомобиль в 1886 году. Он был оснащен проволочными колесами (в отличие от деревянных колес у повозок) и четырехтактным двигателем собственной разработки, расположенным между задними колесами, с очень продвинутой системой зажигания от катушки и испарительным охлаждением вместо радиатора.

Прикладная наука

Прикладная наука открыла множество возможностей. К середине XIX века существовало научное понимание химии и фундаментальное понимание термодинамики, а к последней четверти века обе эти науки приблизились к своей современной базовой форме. Термодинамические принципы использовались при разработке физической химии. Понимание химии в значительной степени способствовало развитию производства основных неорганических химических веществ и анилиновых красителей. Наука о металлургии была продвинута благодаря работам Генри Клифтона Сорби и других. Сорби был пионером в изучении железа и стали под микроскопом, что проложило путь к научному пониманию металла и массовому производству стали. В 1863 году он использовал травление кислотой для изучения микроскопической структуры металлов и первым понял, что небольшое, но точное количество углерода придает стали ее прочность. Это подготовило почву для Генри Бессемера и Роберта Форестера Мушета в разработке метода массового производства стали. Были разработаны другие процессы для очистки различных элементов, таких как хром, молибден, титан, ванадий и никель, которые можно было использовать для создания сплавов со специальными свойствами, особенно со сталью. Например, ванадиевая сталь прочна и устойчива к усталости и использовалась в половине автомобильной стали. Легированные стали использовались для шариковых подшипников, которые применялись в крупномасштабном производстве велосипедов в 1880-х годах. Шариковые и роликовые подшипники также стали использоваться в машинах. Другие важные сплавы применяются при высоких температурах, например, лопатки паровых турбин, а нержавеющие стали – для коррозионной стойкости. Работы Юстуса фон Либига и Августа Вильгельма фон Хофмана заложили основу современной промышленной химии. Либиг считается «отцом индустрии удобрений» за его открытие азота как необходимого питательного вещества для растений и впоследствии основал Liebig's Extract of Meat Company, которая производила мясной экстракт Oxo. Хофман возглавил школу практической химии в Лондоне, известную как Королевский колледж химии, ввел современные стандарты для молекулярного моделирования и обучил Перкина, который открыл первый синтетический краситель. Наука о термодинамике была доведена до современной формы Сади Карно, Уильямом Ранкином, Рудольфом Клаузиусом, Уильямом Томсоном, Джеймсом Клерком Максвеллом, Людвигом Больцманом и Дж. Уиллардом Гиббсом. Эти научные принципы применялись к различным промышленным задачам, включая повышение эффективности котлов и паровых турбин. Работы Майкла Фарадея и других имели решающее значение для создания основ современного научного понимания электричества. Особенно влиятельным был шотландский ученый Джеймс Клерк Максвелл, открытия которого положили начало эре современной физики. Его самым значительным достижением было формулирование набора уравнений, описывающих электричество, магнетизм и оптику как проявления одного и того же явления, а именно электромагнитного поля. Объединение света и электрических явлений привело к предсказанию существования радиоволн и стало основой для будущего развития радиотехнологий Хьюза, Маркони и других. Сам Максвелл разработал первую долговечную цветную фотографию в 1861 году и опубликовал первое научное исследование теории управления. Теория управления является основой для управления процессами, широко используемой в автоматизации, особенно в технологических отраслях, а также для управления кораблями и самолетами. Теория управления была разработана для анализа работы центробежных регуляторов на паровых двигателях. Эти регуляторы начали использоваться в конце XVIII века на ветряных и водяных мельницах для правильного позиционирования зазора между жерновами и были адаптированы к паровым двигателям Джеймсом Уаттом. Усовершенствованные версии использовались для стабилизации автоматических следящих механизмов телескопов и для управления скоростью судовых винтов и рулей. Однако эти регуляторы были инертны и колебались вокруг заданного значения. Джеймс Клерк Максвелл опубликовал статью, в которой математически анализировал работу регуляторов, что ознаменовало начало формального развития теории управления. Эта наука постоянно совершенствовалась и превратилась в инженерную дисциплину.

Applied science opened many opportunities. By the middle of the 19th century there was a scientific understanding of chemistry and a fundamental understanding of thermodynamics and by the last quarter of the century both of these sciences were near their present day basic form. Thermodynamic principles were used in the development of physical chemistry. Understanding chemistry greatly aided the development of basic inorganic chemical manufacturing and the aniline dye industries. The science of metallurgy was advanced through the work of Henry Clifton Sorby and others. Sorby pioneered the study of iron and steel under microscope, which paved the way for a scientific understanding of metal and the mass production of steel. In 1863 he used etching with acid to study the microscopic structure of metals and was the first to understand that a small but precise quantity of carbon gave steel its strength. This paved the way for Henry Bessemer and Robert Forester Mushet to develop the method for mass producing steel. Other processes were developed for purifying various elements such as chromium, molybdenum, titanium, vanadium and nickel which could be used for making alloys with special properties, especially with steel. Vanadium steel, for example, is strong and fatigue resistant, and was used in half the automotive steel. Alloy steels were used for ball bearings which were used in large scale bicycle production in the 1880s. Ball and roller bearings also began being used in machinery. Other important alloys are used in high temperatures, such as steam turbine blades, and stainless steels for corrosion resistance. The work of Justus von Liebig and August Wilhelm von Hofmann laid the groundwork for modern industrial chemistry. Liebig is considered the "father of the fertilizer industry" for his discovery of nitrogen as an essential plant nutrient and went on to establish Liebig's Extract of Meat Company which produced the Oxo meat extract. Hofmann headed a school of practical chemistry in London, under the style of the Royal College of Chemistry, introduced modern conventions for molecular modeling and taught Perkin who discovered the first synthetic dye. The science of thermodynamics was developed into its modern form by Sadi Carnot, William Rankine, Rudolf Clausius, William Thomson, James Clerk Maxwell, Ludwig Boltzmann and J. Willard Gibbs. These scientific principles were applied to a variety of industrial concerns, including improving the efficiency of boilers and steam turbines. The work of Michael Faraday and others was pivotal in laying the foundations of the modern scientific understanding of electricity. Scottish scientist James Clerk Maxwell was particularly influential—his discoveries ushered in the era of modern physics. His most prominent achievement was to formulate a set of equations that described electricity, magnetism, and optics as manifestations of the same phenomenon, namely the electromagnetic field. The unification of light and electrical phenomena led to the prediction of the existence of radio waves and was the basis for the future development of radio technology by Hughes, Marconi and others. Maxwell himself developed the first durable colour photograph in 1861 and published the first scientific treatment of control theory. Control theory is the basis for process control, which is widely used in automation, particularly for process industries, and for controlling ships and airplanes. Control theory was developed to analyze the functioning of centrifugal governors on steam engines. These governors came into use in the late 18th century on wind and water mills to correctly position the gap between mill stones, and were adapted to steam engines by James Watt. Improved versions were used to stabilize automatic tracking mechanisms of telescopes and to control speed of ship propellers and rudders. However, those governors were sluggish and oscillated about the set point. James Clerk Maxwell wrote a paper mathematically analyzing the actions of governors, which marked the beginning of the formal development of control theory. The science was continually improved and evolved into an engineering discipline.

Двигатели и турбины

Паровая турбина была разработана сэром Чарльзом Парсонсом в 1884 году. Его первая модель была подключена к динамо, которое генерировало 7,5 кВт (10 л.с.) электроэнергии. Изобретение паровой турбины Парсонса сделало возможным получение дешевой и обильной электроэнергии и произвело революцию в морском транспорте и военно-морском деле. К моменту смерти Парсонса его турбина была внедрена на всех крупных электростанциях мира. В отличие от более ранних паровых двигателей, турбина вырабатывала вращательную, а не возвратно-поступательную мощность, для которой требовались кривошип и тяжелый маховик. Большое количество ступеней турбины позволило достичь высокой эффективности и уменьшить ее размер на 90%. Первым применением турбины стало судоходство, за которым в 1903 году последовала выработка электроэнергии. Первым широко используемым двигателем внутреннего сгорания был двигатель системы Отто 1876 года. С 1880-х годов и до наступления эпохи электрификации он успешно применялся в небольших мастерских, поскольку небольшие паровые двигатели были неэффективны и требовали слишком пристального внимания оператора. На протяжении всего столетия происходило быстрое расширение телеграфных сетей, а первый подводный телеграфный кабель между Францией и Англией был проложен Джоном Уоткинсом Бреттом. В 1856 году в Лондоне была основана компания "Атлантик Телеграф" для строительства коммерческого телеграфного кабеля через Атлантический океан. Завершение строительства успешно состоялось 18 июля 1866 года судном SS Great Eastern под командованием сэра Джеймса Андерсона, после многочисленных неудач. С 1850-х по 1911 год британские подводные кабельные системы доминировали в мировой системе. Это было определено как формальная стратегическая цель, известная как "Вся красная линия". Телефон был запатентован Александром Грэмом Беллом в 1876 году и, как и ранний телеграф, использовался главным образом для ускорения деловых операций. Как упоминалось выше, одним из важнейших научных достижений в истории стало объединение света, электричества и магнетизма в электромагнитной теории Максвелла. Научное понимание электричества было необходимо для разработки эффективных электрических генераторов, двигателей и трансформаторов. Дэвид Эдвард Хьюз и Генрих Герц продемонстрировали и подтвердили явление электромагнитных волн, предсказанное Максвеллом. В 1897 году он основал компанию Wireless Telegraph & Signal Company в Великобритании и в том же году передал код Морзе через равнину Солсбери, отправил первое в истории беспроводное сообщение по открытому морю и совершил первую трансатлантическую передачу в 1901 году из Полдху (Корнуолл) в Сигнал-Хилл (Ньюфаундленд). Маркони построил мощные станции по обе стороны Атлантики и в 1904 году начал коммерческую службу передачи ночных сводок новостей для подписчиков-кораблей. Ключевое изобретение вакуумной трубки сэром Джоном Амброзом Флемингом в 1904 году заложило основу для развития современной электроники и радиовещания. Последующее изобретение Ли Де Форестом триода позволило усилить электронные сигналы, что открыло путь к радиовещанию в 1920-х годах.

The steam turbine was developed by Sir Charles Parsons in 1884. His first model was connected to a dynamo that generated 7.5 kW (10 hp) of electricity. The invention of Parson's steam turbine made cheap and plentiful electricity possible and revolutionized marine transport and naval warfare. By the time of Parson's death, his turbine had been adopted for all major world power stations. Unlike earlier steam engines, the turbine produced rotary power rather than reciprocating power which required a crank and heavy flywheel. The large number of stages of the turbine allowed for high efficiency and reduced size by 90%. The turbine's first application was in shipping followed by electric generation in 1903. The first widely used internal combustion engine was the Otto type of 1876. From the 1880s until electrification it was successful in small shops because small steam engines were inefficient and required too much operator attention. The rapid expansion of telegraph networks took place throughout the century, with the first undersea telegraph cable being built by John Watkins Brett between France and England. The Atlantic Telegraph Company was formed in London in 1856 to undertake construction of a commercial telegraph cable across the Atlantic Ocean. This was successfully completed on 18 July 1866 by the ship SS Great Eastern, captained by Sir James Anderson after many mishaps along the away. From the 1850s until 1911, British submarine cable systems dominated the world system. This was set out as a formal strategic goal, which became known as the All Red Line. The telephone was patented in 1876 by Alexander Graham Bell, and like the early telegraph, it was used mainly to speed business transactions. As mentioned above, one of the most important scientific advancements in all of history was the unification of light, electricity and magnetism through Maxwell's electromagnetic theory. A scientific understanding of electricity was necessary for the development of efficient electric generators, motors and transformers. David Edward Hughes and Heinrich Hertz both demonstrated and confirmed the phenomenon of electromagnetic waves that had been predicted by Maxwell. He founded The Wireless Telegraph & Signal Company in Britain in 1897 and in the same year transmitted Morse code across Salisbury Plain, sent the first ever wireless communication over open sea and made the first transatlantic transmission in 1901 from Poldhu, Cornwall to Signal Hill, Newfoundland. Marconi built high powered stations on both sides of the Atlantic and began a commercial service to transmit nightly news summaries to subscribing ships in 1904. The key development of the vacuum tube by Sir John Ambrose Fleming in 1904 underpinned the development of modern electronics and radio broadcasting. Lee De Forest's subsequent invention of the triode allowed the amplification of electronic signals, which paved the way for radio broadcasting in the 1920s.

Великобритания

Были представлены новые продукты и услуги, что значительно увеличило объемы международной торговли. Усовершенствования в конструкции паровых двигателей и широкая доступность дешевой стали привели к тому, что медленные парусные суда были заменены более быстрыми пароходами, способными перевозить больше грузов с меньшим экипажем. Химическая промышленность также вышла на передовые позиции. Великобритания инвестировала в технологические исследования меньше, чем США и Германия, которые впоследствии сократили отставание. Разработка более сложных и эффективных машин, а также внедрение методов массового производства после 1910 года значительно увеличили выпуск продукции и снизили производственные издержки. В результате производство часто превышало внутренний спрос. Среди новых условий, особенно заметных в Великобритании – первопроходце европейских индустриальных держав – были долгосрочные последствия тяжелой Длинной депрессии 1873–1896 годов, последовавшей за пятнадцатилетним периодом значительной экономической нестабильности. Предприятия практически во всех отраслях столкнулись с продолжительными периодами низкой и падающей прибыльности, а также с дефляцией цен после 1873 года.

Соединенные Штаты

В США был зафиксирован самый высокий темп экономического роста за последние два десятилетия Второй промышленной революции; однако рост населения замедлился, а рост производительности достиг пика примерно в середине XX века. Золотой век в Америке был основан на тяжелой промышленности, такой как фабрики, железные дороги и угольная добыча. Знаковым событием стало открытие Первой трансконтинентальной железной дороги в 1869 году, обеспечившей шестидневное сообщение между Восточным побережьем и Сан-Франциско. В период Золотого века протяженность американских железных дорог утроилась между 1860 и 1880 годами, а к 1920 году – снова утроилась, открыв новые территории для товарного земледелия, создав поистине общенациональный рынок и стимулировав бум в добыче угля и производстве стали. Огромная потребность в капитале крупных железнодорожных компаний способствовала консолидации национального финансового рынка на Уолл-стрит. К 1900 году процесс экономической концентрации распространился на большинство отраслей промышленности – несколько крупных корпораций, некоторые из которых были организованы как «трасты» (например, Standard Oil), доминировали в сталелитейной, нефтяной, сахарной, мясоперерабатывающей промышленности и производстве сельскохозяйственной техники. Другими важными элементами этой инфраструктуры были новые методы производства стали, особенно бессемеровский процесс. Первой корпорацией с капиталом в миллиард долларов стала United States Steel, созданная финансистом Дж. П. Морганом в 1901 году, который выкупил и объединил сталелитейные компании, основанные Эндрю Карнеги и другими. Увеличение механизации промышленности и повышение эффективности труда увеличили производительность фабрик, одновременно снижая потребность в квалифицированных рабочих. Механические новшества, такие как серийное и непрерывное производство, стали более заметными на фабриках. Эта механизация превратила некоторые фабрики в сборище неквалифицированных рабочих, выполняющих простые и повторяющиеся задачи под руководством квалифицированных бригадиров и инженеров. В некоторых случаях развитие такой механизации полностью заменяло низкоквалифицированных рабочих. Численность как неквалифицированных, так и квалифицированных рабочих возросла, наряду с ростом их заработной платы. Для удовлетворения огромного спроса на специалистов были основаны инженерные колледжи. Наряду с быстрым ростом малого бизнеса, быстро рос новый средний класс, особенно в северных городах.

The U. S. had its highest economic growth rate in the last two decades of the Second Industrial Revolution; however, population growth slowed while productivity growth peaked around the mid 20th century. The Gilded Age in America was based on heavy industry such as factories, railroads and coal mining. The iconic event was the opening of the First transcontinental railroad in 1869, providing six day service between the East Coast and San Francisco. During the Gilded Age, American railroad mileage tripled between 1860 and 1880, and tripled again by 1920, opening new areas to commercial farming, creating a truly national marketplace and inspiring a boom in coal mining and steel production. The voracious appetite for capital of the great trunk railroads facilitated the consolidation of the nation's financial market in Wall Street. By 1900, the process of economic concentration had extended into most branches of industry—a few large corporations, some organized as "trusts" (e. g. Standard Oil), dominated in steel, oil, sugar, meatpacking, and the manufacture of agriculture machinery. Other major components of this infrastructure were the new methods for manufacturing steel, especially the Bessemer process. The first billion dollar corporation was United States Steel, formed by financier J. P. Morgan in 1901, who purchased and consolidated steel firms built by Andrew Carnegie and others. Increased mechanization of industry and improvements to worker efficiency, increased the productivity of factories while undercutting the need for skilled labor. Mechanical innovations such as batch and continuous processing began to become much more prominent in factories. This mechanization made some factories an assemblage of unskilled laborers performing simple and repetitive tasks under the direction of skilled foremen and engineers. In some cases, the advancement of such mechanization substituted for low skilled workers altogether. Both the number of unskilled and skilled workers increased, as their wage rates grew Engineering colleges were established to feed the enormous demand for expertise. Together with rapid growth of small business, a new middle class was rapidly growing, especially in northern cities.

Распределение занятости

В начале 1900-х годов наблюдалось расхождение в уровнях занятости между северными и южными штатами Соединенных Штатов. В среднем, штаты на Севере имели как более высокую численность населения, так и более высокий уровень занятости, чем штаты на Юге. Более высокий уровень занятости очевиден при сравнении показателей занятости 1909 года с данными переписи населения 1910 года по каждому штату. Эта разница была особенно заметна в штатах с самым большим населением, таких как Нью-Йорк и Пенсильвания. В каждом из этих штатов доля в общей рабочей силе США была примерно на 5 процентов выше, чем следовало бы ожидать, исходя из их численности населения. В то же время, в южных штатах с наилучшими фактическими показателями занятости, Северной Каролине и Джорджии, доля рабочей силы была примерно на 2 процента ниже, чем можно было бы ожидать, учитывая их население. При расчете средних показателей по всем южным и всем северным штатам, эта тенденция сохраняется: Север демонстрирует результаты примерно на 2 процента выше ожидаемых, а Юг – примерно на 1 процент ниже.

Германия

Германская империя в этот период стала соперничать с Великобританией за звание ведущей промышленной державы Европы. Поскольку Германия индустриализировалась позже, она смогла строить свои фабрики по образцу британских, что позволило ей более эффективно использовать капитал и избежать устаревших методов, совершив скачок в передовые технологии. Германия инвестировала в исследования больше, чем британцы, особенно в области химии, двигателей и электричества. Немецкая концерновая система (известная как Konzerne), отличавшаяся высокой концентрацией, могла более эффективно использовать капитал. Германия не была обремененной дорогостоящей мировой империей, требующей защиты. После аннексии Эльзаса-Лотарингии в 1871 году Германия впитала часть промышленной базы Франции. К 1900 году немецкая химическая промышленность доминировала на мировом рынке синтетических красителей. Три крупнейшие компании – BASF, Bayer и Hoechst – производили несколько сотен различных красителей, а также пять более мелких фирм. В 1913 году эти восемь компаний произвели почти 90 процентов мирового объема красителей и продали около 80 процентов своей продукции за рубеж. Три крупнейшие компании также интегрировались в производство ключевого сырья и начали расширяться в другие области химии, такие как фармацевтика, фотопленка, агрохимия и электрохимия. Высшее руководство осуществляли профессиональные наемные менеджеры, что привело Чендлера к определению немецких компаний по производству красителей как "первых в мире по-настоящему управляемых промышленных предприятий". Исследования привели к появлению множества новых отраслей, таких как фармацевтическая промышленность, возникшая на основе химических исследований.

Бельгия

Бельгия в эпоху Прекрасной эпохи продемонстрировала важность железных дорог для ускорения Второй промышленной революции. После 1830 года, когда она отделилась от Нидерландов и стала независимым государством, Бельгия приняла решение стимулировать развитие промышленности. Был разработан и профинансирован простой крестообразный план сети, соединявший крупные города, порты и горнодобывающие районы, а также обеспечивавший связь с соседними странами. Таким образом, Бельгия стала железнодорожным центром региона. Сеть была построена на прочной основе, по британскому образцу, что обеспечивало невысокую прибыльность, но создавало необходимую инфраструктуру для быстрого промышленного роста.

Альтернативное использование

Были и другие периоды, которые назывались "второй промышленной революцией". Промышленные революции можно перенумеровать, считая более ранние достижения, такие как развитие средневековых технологий в XII веке, древнекитайских технологий во времена династии Тан или древнеримских технологий, первой. Термин "вторая промышленная революция" использовался в популярной прессе, а также технологами и промышленниками для описания изменений, последовавших за распространением новых технологий после Первой мировой войны. Энтузиазм и дебаты об опасностях и преимуществах атомной эры были более интенсивными и продолжительными, чем в космическую эру, но обеим из них пророчили наступление новой промышленной революции. В начале XXI века термин "вторая промышленная революция" применялся для описания предполагаемого влияния гипотетических систем молекулярной нанотехнологии на общество. Согласно этому более позднему сценарию, они устареют большинство современных производственных процессов, трансформируя все стороны современной экономики. Последующие промышленные революции включают в себя цифровую и экологическую революции.