Леція 13. Науково-технічна революція, її зміст, перспективи.

 

1. Революція в природознавстві на межі ХІХ-ХХ ст.

На межі ХІХ-ХХ ст. навколо новітніх відкриттів у фізиці розгорнулась гостра філософська боротьба. Суть її полякала в тому, що філософи-ідеалісти намагались використати новітні досягнення у фізиці проти матеріалізму, а їх опоненти вбачали в цих відкриттях нові властивості й нові форми руху матерії.

До початку 70-х рр. ХІХ ст. вчення про електрику почало займати центральні позиції не тільки в фізиці, але в усьому природознавстві. 1873 р. Дж.Кл.Максвелл створив електромагнітну теорію світла. Розвиваюxи ідеї Фарадея, Максвелл створив класичну теорію електромагнітного поля. З системи рівнянь електродинаміки (“рівнянь Максвелла”) випливало, що повинні існувати електромагнітні хвилі. Реальність цих хвиль була експериментально доведена Г.Герцем у 1887-1888 рр. На початку 80-х рр. з’явились роботи М.Депре про передачу електроенергії на відстань за допомогою телеграфних дротів.

У 70-90-х рр. розгорнулись дослідження катодних променів. Було відкрито, що катодні промені – це негативні електричні заряди. Отже, це доводило те, що вони є дискретні, а не хвильові утворення. Це відкриття було початком електроніки.

На межі фізики та хімії в галузі електрохімії у 80-х рр. були зроблені відкриття, які були покладені в основу фізичної хімії: у 1885-1887 рр. Сванте Арреніус створив теорію електролітичної диссоціації (сильно розріджених водяних розчинів); центральним поняттям цієї теорії було поняття про іон – електрозаряджений “осколок” молекули розчиненої речовини, який є носієм дискретного заряду – позитивний (у катіона) чи негативний (у аніона). Однак матеріальний носій електричного руху на той момент ще не був відкритий.

Хоча ідеї про складність і подільність атомів уже зародились, прямих дослідних підтверджень ці ідеї не отримали до кінця ХІХ ст. На той момент було встановлено, що валентність елементів має дискретний характер і різниться по кисню (негативному елементу) й по водню (позитивному елементу). Тим не менше прямий зв’язок між електричними і хімічними властивостями речовини ще не був розкритий, а періодичний закон Менделєєва трактувався як виключно хімічний. При цьому хімізм елементів пов’язувався лише з їх масою.

Незважаючи на значні успіхи вчення про електромагнетизм, фізична картина світу до кінця ХІХ ст. в цілому залишалася механічною. Але успіхи в галузі пізнання електричних явищ наприкінці ХІХ ст. підготували руйнацію старої, механічної картини світу і створення нової, електромагнітної його картини. Нові відкриття торкалися в першу чергу фізики, особливо галузі пізнання електромагнітних явищ, які згодом дозволили пізнати мікросвіт.

На межі ХІХ-ХХ ст. відбулась революція в природознавстві. Крайня межа знань людства про речовину, яких воно досягло впродовж ХІХ ст., була перейдена протягом трьох років (1895-1897), коли були зроблені одне за одним три великих фізичних відкриття: 1) 1895 р. К.Рентген відкрив глибокопроникаючі х -промені, названі рентгенівськими; 2) 1896 р. А.Беккерель відкрив явище радіоактивності; 3) 1897 р. Дж.Томсон знайшов електрон. Усі три відкриття були пов’язані з електрикою та магнетизмом: це був або новий вид електромагнітних хвиль, або випромінювання електрозаряджених частинок. Важливе значення всіх трьох відкриттів полягало в тому, що фізика надзвичайно розширила людське знання про речовину і зазирнула всередину атома.

До цього періоду також відноситься зародження ядерної фізики, початок якій поклали відкриття М. і П.Кюрі радія (1898) та створення Е.Резерфордом і Ф.Содді першої теорії радіоактивності як спонтанного (самочинного) розпаду атомів та перетворення одних елементів на інші (1902-1903).

Проникнення в глибини атому й доведення здатності його до руйнації було не єдиним шляхом, яким відбувався переворот у галузі фізики і всього природознавства. Це стосується також проникнення в науку ідеї, або принципу дискретності, атомізму. Вже відкриття електрона свідчило, що він має дискретний характер. Ще у більшій мірі підтверджувало ідеї дискретності створення Максом Планком теорії квантів (1900). Вивчаючи теплове випромінювання т.зв. абсолютно чорного тіла, Планк відкрив, що воно не може бути описане звичайними формулами випромінювання. Для цього у відповідні формули необхідно ввести особливу дискретну постійну величину – квант дії. В такому разі енергія випромінювання отримує дискретний характер (“квантується”).

Відкриття електрона й розробка електронної теорії, а в особливості створення квантової теорії різко змінили уявлення вчених: поряд з ідеєю безперервності процесів, у фізиці своє місце посіла концепція дискретності, особливо в тій новій галузі, яка стосувалась мікроявищ. Фізика відкрила новий, якісно своєрідний мікросвіт, своєрідним прикордонним стовпом, що стоїть на його межі, виявилась “постійна Планка” – квант дії h.

У 1905 р. Альберт Ейнштейн увів поняття кванта світла, або фотона (“атома” світла), величина якого являла собою добуток кванта дії h та частоту коливань v (тобто hv). Внаслідок цього виявилась глибоко суперечлива природа світла: з одного боку, хвильова (безперервна), як це встановила класична оптика, з іншого – дискретна (переривчаста), як це відкрила квантова фізика. Однак обидві ці протилежні сторони не були ще приведені до внутрішньої єдності і ніби існували одна поруч з іншою. Таке становище у фізиці зберігалося до середини 20-х рр. ХХ ст.

З теорії Максвелла, підтвердженої й перевіреної на дослідах Герцем, випливало, що існують електромагнітні хвилі великої довжини. О.Попов що наприкінці 80-х рр. ХІХ ст. почав їх вивчення й у 1895 р. винайшов радіо, яке стало одним з перших і досить важливих практичних новітніх відкриттів у фізиці. У 1896-1897 рр. винахід “бездротового телеграфу” почав розробляти далі та впроваджувати в життя Г.Марконі.

З теорії Максвелла випливало також, що електромагнітні хвилі (а отже й світло) повинні здійснювати тиск на тіла. У 1899-1900 рр. П.Лебедєв виміряв величину цього тиску експериментально й тим самим відкрив існування світлового тиску.

(Роботи П.Лебедєва, М.Планка, А.Ейнштейна змусили зкорегувати існуючі раніше уявлення про існування значного розриву між двома основними фізичними видами матерії – речовиною та світлом (полем). Лебедєв довів, що якщо світло тисне на тіло, то має певну масу, і це в подальшому призвело до появи поняття електромагнітної маси, відмінної від механічної. Квантова теорія Планка і поняття фотона довели, що світло не є лише безперервним, хвилєподібним процесом, і це також зближувало речовину і світло. Ейнштейн відкрив фундаментальний закон (1905), який в подальшому став основним для ядерної фізики: у загальному випадку для будь-якого тіла повна внутрішня енергія дорівнює масі, помноженої на квадрат швидкості світла (Е = mc²).

Внаслідок відкриттів на межі століть фізика аж до середини ХХ ст. стає лідером розвитку природознавства, значно випередивши хімію і біологію.

У 1911 р. у фізиці було зроблено значне відкриття: внаслідок бомбардування атомів альфа-частинками Е.Резерфорд відкрив атомне ядро, яке несло весь позитивний заряд в атомі і майже всю масу атома. Стало зрозуміло, що модель атома має носити планетарний характер, нагадуючи мініатюрну сонячну систему.

Пізніше вчені відкрили частинку, що несла позитивний заряд – протон (ядро атому водню). Тепер стали відомими усі три елементарні частинки (електрон, фотон, протон), з яких можна скласти модель атома. 1913 р. завдяки наполегливій праці вчених відбувся нарешті синтез нової фізики з досягненнями хімії (зокрема з періодичною системою елементів Менделєєва) і ліквідувався розрив між цими двома науками. Г.Мозлі довів зв’язок між позитивним зарядом атомного ядра, а отже загальною кількістю електронів в оболонці нейтрального атома елемента, та порядковим номером цього елемента у таблиці. Ф.Содді ввів поняття ізотопів, що належать одному елементу (їхні атомні ядра мають однакові заряди), але їх атомні маси різняться між собою. Крім того, К.Фаянс, Ф.Содді, Б.Рассел незалежно один від одного розглянули радіоактивні перетворення як зсув елемента, що розпадається, із займаного місця у періодичній системі у той чи іншій бік у залежності від характера радіоактивного випромінювання.

Внаслідок цих відкриттів періодичний закон Менделєєва наповнився новим змістом, але і сам, у свою чергу, дав теоретичне пояснення фізичних відкриттів кінця ХІХ – початку ХХ ст.

У 1913 р. Нільс Бор запропонував модель атома, причому для пояснення внутрішньоатомних явищ (руху електронів всередині атома) він залучив теорію квантів Планка, що було новим словом у науці. Інші вчені також намагались пояснити будову атома, але їхні моделі поки були недосконалими, оскільки вони в першу чергу зосереджували увагу на оболонці атома. Лише починаючи з 30-х рр. ХХ ст., відносно завершивши вивчення оболонки, завдяки квантовій механіці увага вчених переключилась на ядро атома та його трансмутації.

Тим не менш, у першій чверті ХХ ст. паралельно з розробкою теорії атомної оболонки вчені провадили активні дослідження у галузі ядерної фізики, шукаючи способи штучного виклику ядерних реакцій, тобто перетворення елементів. 1919 р. Резерфорду вдалося за рахунок бомбардування альфа-частинками стабільного елемента (азоту) викликати його штучне перетворення на атоми іншого стабільного елемента (кисню), що стало переворотом у ядерній фізиці. Таким чином, процеси, що відбувалися лише в природніх умовах і не піддавалися жодному фізичному впливу зовні, вдалося викликати штучним шляхом, за бажанням людини. Це був перший крок на шляху вирішення проблеми керування ядерними процесами, який через 20 років привів до початку практичного створення ядерної енергетики.

Отже, у першій чверті ХХ ст. вчені з’ясували, що в основі матерії лежать не механічні властивості, зокрема пов’язані з механічною масою, а більш складні властивості, які свідчать про електромагнітний характер матерії, і що сама маса (наприклад, у фотона і первною мірою у електрона) може мати електромагнітне походження. Все це остаточно зруйнувало стару, механічну картину світу, за якою матерія рухалась за законами класичної механіки І.Ньютона.

Натомість вчені зробили спробу пояснити рух матерії законами електродинаміки у поєднанні з квантовими законами. Революційні відкриття кінця ХІХ – перших десятиліть ХХ ст. викликали настільки сильну віру в електромагнітні явища, що науковці намагались пояснити за їх допомогою усі природні явища. Адже три перші відомі елементарні частинки (електрон, фотон, протон), з яких можна було побудувати усі атоми та пояснити їхні властивості, були електромагнітного походження. Вони або несли на собі електричний заряд (електрон, протон), або являли собою “частки” електромагнітного поля, або світла (фотони). На уявлення про електронну будову атома спиралася тепер уся хімія. В основі речовини вбачали тепер електричні процеси, а усю фізичну картину світу намагались пояснити електричною теорією матерії.

Тим не менше, незважаючи на ці помилкові уявлення, які з часом були зкореговані новими відкриттями, робота вчених цього періоду мала надзвичайно велике значення для майбутнього. Фізики прокладали шлях до практичного використання атомної енергії. В їхній діяльності (зокрема, Резерфорда) можна простежити перші передумови майбутньої науково-технічної революції: наявність випереджаючого розвитку науки порівняно з практикою, технікою, виробництвом.

Втім, здобутків фізиків початку ХХ ст. у галузі вивчення атомної енергії, не дивлячись на їхні блискучі перспективи, було ще недостатньо, щоб застосувати отриманні знання на практиці, негайно реалізувати їх у виробництві. Це стало можливим лише після відкриття поділу важкого ядра (урану) наприкінці 30-х рр. Тому майже усю першу половину ХХ ст. головна увага науки, техніки, виробництва були спрямовані на подальше опанування і використання електрики як найновійшої на той час і наймогутнішої, універсально діючої продуктивної сили.

 

2. От пари до електрики

Впродовж усього ХІХ ст. продовжувалось вдосконалення парової машини. З 1800 р., коли закінчилася дія патенту Уатта, велика кількість контструкторських зусиль витрачалась на покращення технічних показників паросилових установок з поршневим паровим двигуном. У 90-х рр. особливо широко почала використовуватися перегріта пара, у водотрубних котлах була досягнута відносно висока паропродуктивність (більше 20 т/год).

Поступово зростання потужності промислових теплосилових установок перестало супроводжуватися пропорційним збільшенням кількості вироблюванної продукції або зниженням її собівартості. Це було викликано збільшенням невиробничих витрат на доставку палива від місць його природнього розташування до силових установок. Головним недоліком парового двигуна стають труднощі передачі отриманої від нього енергії. Недоліки парового приводу з механічним розподілом енергії гальмували концентрацію та інтенсифікацію промислового виробництва. З’явились ще досить недосконалі двигуни внутрішнього згоряння, але їх частка в загальному енергетичному балансі була мізерною. Отже, в останнє десятиліття ХІХ ст. енергетична техніка переживала глибоку кризу, але саме в цей час почав зароджуватися електричний спосіб передавання і розповсюдження механічної енергії.

Створення економічних машин постійного струму і початкові кроки в розвитку електричного освітлення та електричного приводу не могли бути здійсненими і не внесли б кардинальних змін у виробництво, якби не було вирішене кардинальне завдання електроенергетики – передача її на відстань. Саме поява у 70-80-х рр. ХІХ ст. великих промислових підприємств зробила цю проблему актуальною.

Перші досліди передачі електроенергії на відстань припадають на 70-ті рр. ХІХ ст.: француз І.Фонтен (1874), російський військовий інженер Ф.Піроцький (1874). Прогресивний шлях вирішення проблеми знайшли у1880 р. французький учений М.Депре та російський фізик Д.Лачинов. Математичним аналізом сутності фізичних процесів у системі генератор-лінія-двигун вони довели, що ефективність електропередачі може бути досягнута при збільшенні напруги в лінії.

1885 р. у Франції під час дослідів передавання енергії великого масштабу напруга в лінії передачі досягла 6 кВ, а невдовзі була збільшена вдвічі. Однак електропередачі постійного струму такої високої напруги були одиничними. Труднощів створення машин високої напруги й перетворення струму високої напруги на струм низької напруги у споживачів примусили інженерів та учених середини 80-х рр. звернутися до властивостей перемінних струмів.

*Розвиток техніки перемінного струму.

Перемінний струм від магнітоелектричних машин вміли отримувати ще в 30-х рр. ХІХ ст., але звертались до цього способу епізодично. Поштовхом у розвитку генераторів перемінного струму стало винайдення інженером Яблочковим електричної свічки. У середині 80-х рр. завдяки його наполегливій праці з’явились генератори перемінного струму, придатні для практичних цілей. Над цією проблемою працювали також англійські інженери В.Томсон, С.Ферранті, Д.Гордон.

Протягом 70-80-х рр. було створено трансформатор. Спочатку з’явилися індукційні катушки Яблочкова (ще з розімкненою магнітною системою). 1884 р. англійці Джон і Едуард Гопкінсони вперше створили конструкцію замкненої магнітної системи, а наступного року угорський електротехнік М.Дері й незалежно від нього С. Ферранті в Англії та А.Кеннеді у США запропонували паралельне включення трансформаторів у живільну лінію. Апарат із замкненим шихтованим магнітним сердечником розробили угорські електротехніки О.Блаті, М.Дері та К.Циперновські, а також американський інженер В.Стенлі. У створенні надійних, потужних силових трансформаторів суттєве значення отримало запропоноване наприкінці 80-х рр. Д.Свінберном масляне охолодження.

Вже перші трансформатори та генератори однофазного перемінного струму дозволили здійснити у 1884 р. пробні передачі електроенергії на відстань. Незабаром починають з’являтись перші великі електростанції однофазного струму (1885 р. Дентфорд поблизу Лондона, 1887 р. Одеса та Царське Село).

Дослід експлуатації вже перших станцій показав великі можливості перемінного струму для передачі на відстань, але виявив і основні його недоліки: обмеженість використання у сфері освітлення (не існувало економічних електродвигунів однофазного струму). Перемога перемінного струму почалась з освоєння нового фізичного принципу роботи електродвигунів – магнітного поля, що оберталось. Це явище було відкрито італійським фізиком Г.Феррарісом, а детальні його дослідження провадив сербський учений Н.Тесла. Він прийшов до висновку, що з допомогою двох або кількох перемінних струмів, зсунутих по фазі, можна отримати обертальне магнітне поле й створити на цьому принципі електродвигун. Тесла також зробив висновок про необхідність отримання різності фаз за допомогою спеціального генератора. Вже перебуваючи в США у 1887-1888 рр. він створив схеми та моделі багатьох двигунів та генераторів, у тому числі двофазний генератор та асинхронний двигун – цілком дієздатну систему. Вона отримала визнання, але не широке розповсюдження, оскільки виявилась менш досконалою у порівнянні зі зв’язаною трифазною системою струму, створеною в Європі. За проектом Тесли була побудована найбільша на той час Ніагарська гідроелектростанція двофазного струму.

У створенні практично дієздатного двигуна трифазного перемінного струму провідна роль належить російському інженеру М.Доливо-Добровольському, який спирався на праці німця Ф.Хазельвандера та американці Ч.Бредлі. 1889 р. він створив конструкцію трифазного асинхронного двигуна з короткозамкненим ротором. Двигун мав безперечні переваги: самостійно починав обертатися при ввімкненні напруги, не потребував спеціального збуджувача (як синхронні двигуни) або додаткового двигуна для розгону (як двофазні двигуни). Його живлення здійснювалось за допомогою трьох дротів, що приєднувались до трьох кінців обмоток статора замість чотирьох при двофазній системі. Однією з основних його переваг у порівнянні з машинами постійного струму була відсутність ковзаючих контактів. Для потужних двигунів Доливо-Добровольський у 1890 р. розробив конструкцію ротора з фазною обмоткою й контактними кільцями. Завершаючим моментом цього процесу було створення російським інженером у 1889 р. трифазного трансформатора. Трифазні асинхронні двигуни, які широко застосовуються у промисловості до сьогодення, у своїх принципових рисах не змінилися з моменту їх винайдення.

Виникнення техніки трифазних струмів розв’язало не тільки завдання використання електроенергії, але й передачі її на значні відстані. Воно ознаменувало собою перехід до широкої електрифікації. Перша трифазна система демонструвалась на Міжнародній електротехнічній виставці 1891 р. (Франкфурт-на-Майні). Організатори виставки звернулись до фірми АЕГ, де працював Доливо-Добровольський, з проханням здійснити передачу енергії потужністю 300 к.с. від водоспаду на річці Неккар на відстань 175 км при лінійній напрузі 15 кВ. Після закриття виставки гідростанція в Лауфені тривалий час використовувалась для освітлення міста і живлення багатьох промислових підприємств.

Практичне впровадження трифазного струму у промисловість швидко знайшло застосування у Німеччині, Швейцарії, США та Росії. Зокрема 1893 р. на Новоросійському елеваторі була споруджена найпотужніша трифазна електростанція ХІХ ст. (1200 кВт). Попри всі свої технічні й економічні переваги й масовість, впровадження системи трифазних струмів відбувалося в атмосфері напруженої боротьби. На той момент її опонентами були Едісон у США, Свінберн в Англії, М.Дері в Австро-Угорщині. Всі вони були представниками провідних електротехнічних фірм, які роками впроваджували постійний, або одно- чи двофазний перемінний струм. З будівництвом високовольтних мереж зростає їх напруга. В останні роки століття вона сягала 50-60 кВ. Система трифазного струму сприяла швидкому впровадженню у виробництво відносно дешевих, а головне надійних асинхронних двигунів. Процес електрифікації в промисловості супроводжувався витісненням парової машини з системи приводу та обмеженням її призначення в якості первинного двигуна. Іншими словами, парова машина з цехів перемістилась у машинні зали електростанцій.

Електроенергія почала швидко проникати у промисловість і траспорт як рушійна сила. На межі століть електрична техніка суттєво змінила енергетичну базу. Електропривід, електрична технологія та електричне освітлення докорінно перетворюють техніку та змінюють промислове виробництво в цілому. Виникає нова галузь виробництва – електрична промисловість, до якої на той час відносилися електроенергетика та електротехнічні підприємства.

Електрична енергія вирішила проблему ліквідації розриву між місцезнаходженням природніх ресурсів енергії (водних джерел, покладів палива) та розташуванням її споживачів. У процесі передачі та розподілу енергії електрика відіграє роль вторинної енергії. Природні первинні види енергії (гідравлічна, теплова, хімічна, вітру) можуть бути перетворені на вторинну – електричну. Лише її гнучкість, транспортабельність та здатність до легкої трансформації дозволили успішно вирішити проблему енергозабезпечення великої промисловості і певною мірою сільського господарства, траспорту, побуту.

Машинобудування.

У розглядуваний період машинобудування характеризується бурхливим розвитком електричного двигуна, який стає основою машинного виробництва. Застосування електричного приводу дозволило розробити багато типів металоріжучих верстатів, перейти до їхнього широкого випуску, забезпечити виготовлення складних енергетичних, транспортних, гірничих, металургійних, сільськогосподарських машин, виробів та обладнання для комунальної та побутової техніки. Всі ці фактори визначили характер розвитку машинобудування наприкінці ХІХ – на початку ХХ ст.

Зростання випуску машин, розширення фабрик та заводів супроводжувалися все більшою спеціалізацією виробництва. спеціалізація дозволила значно вдосконалити техніку, технологію та організацію виробництва й врешті-решт набагато збільшити випуск машин та обладнання. Машинобудування розпадається на окремі вузькоспеціалізовані галузі.

Розширення та спеціалізація підприємств вимагали все більшої потеби спеціалізації металообробного обладнання. На вузькоспеціалізованих верстатах оброблювалась одна деталь або виконувалася лише одна виробнича операція. Таке звуження функцій верстата при значному зростанні його виробничих потужностей створювало нові можливості для масового випуску продукції, а також для подальшої авторизації самого процесу виробницва.

У металообробці з початком ХХ ст. визначається напрям на підвищення якості й робочої швидкості верстатів. Збільшення швидкостей різання металу досягалось запровадженням різців з легованих сталей, а згодом застосовувалися різці з особливих надтвердих сплавів. Вдосконалення ріжучих інструментів, експериментальні та теоретичні дослідження процесів металообробки сприяли значному покращенню конструкції верстатів, зростанню їх потужності. Це змушувало вдосконалювати привід верстатів і способи керування ними.

Все більш гострою ставала проблема двигуна в машинобудуванні. Паровий двигун все більше обмежував діяльність і розвиток машинного виробництва. Вихід з такого становища був лише у створенні енергетичної бази машинобудування, якою на межі століть стала електроенергетика, й зокрема широке запровадження електричного приводу в машинобудуванні. Електродвигун докорінно змінив процес приведення в дію робочих машин, зробив їх привід надійним, зручним та економічним. У цехах заводів зникли громіздки трансмісії, набагато зменшились втрати енергії в проміжних передачах, покращилось використання заводських приміщень. Перехід від універсальних металоріжучих верстатів до вузькоспеціалізованих і впровадження електричного приводу були найбільш характерними рисами в розвитку машинобудування на межі ХІХ-ХХ ст.

Проста кооперація однорідних або різнорідних робочих машин середини ХІХ ст. поступово й у все зростаючих розмірах була замінена розчленованою системою машин. Найбільш активно вона формувалася в машинобудуванні. Тут система машин була складною сукупністю різнорідних, але діючих одночасно машин, які отримували рух не від одного спільного двигуна, а від індивідуальних двигунів при кожній машині.

Технічною базою машинобудування було верстатобудування. Металооброблювальні верстати були основою виробництва машин машинами. Видатну роль у розвитку верстатобудування останньої чверті ХІХ ст. відіграв машинобудівний завод Генрі Модслі. Це була справжня школа розвитку прогресивних технічних ідей англійського верстатобудування. Тут починали свою діяльність такі видатні британські конструктори, як Д.Вітворт, Д.Несміт, Д.Клемент, Е.Уітні. У 90-х рр. ХІХ ст. провідні позиції у світовому верстатобудванні посіли заводи фірм “Nasmyth”, “Whitworth” в Англії, “S.Sellers”, “Pratt and Whitney” у США, “Reinecker”, “Weisser” у Німеччині, Іжевський та Луганський заводи в Російській імперії.

У цей період світове верстатобудування нараховувало 5 основних типів металообробних верстатів: токарні для обробки зовнішніх та внутрішніх поверхонь; сверлильні для обробки отворів та нарізання різьби; строгальні, які підрозділялись на горизонтальні і вертикальні й використовувались для обробки пласких поверхонь; фрезувальні для виготовлення особливо точних деталей та для отримання виробів фасонної конфігурації; шліфувальні для виконання чистової обробки деталей різної форми. Крім того, помітну роль з початку ХХ ст. у металообробці починають відігравати токарно-револьверні верстати зі спеціальною головкою, в якій закріплювались різноманітні ріжучі інструменти (в одній головці до 12-16 інструментів).

Важливою особливістю техніки машинобування на межі ХІХ-ХХ ст. було значне підвищення точності виробництва машин, що значною мірою було пов’язане з роботами відомого англійського верстатобудівника Д.Вітворта. Калібри Вітворта, які допускали точність підгонки машинних деталей порядку однієї десятитисячної частини дюйма вже у 90-х рр. були невід’ємною частиною кожного машинобудівного заводу в Европі та Америці.

Виготовлення машинного обладнання на спеціалізованих та високопродуктивних металоріжучих верстатах з дотриманням методів точних вимірів, на підставі стандартів та принципів взаємозамінності деталей підготувало технічну базу для переходу машинобудування до серійного й масового виробництва виробів.

Нафта.

У 70-х рр. ХІХ ст. почався новий період розвитку нафтової промисловості, пов’язаний з використанням керосіна для освітлення. Керосин став головним продуктом переробки нафти, а будівництво нафтоперегонних заводів отримало масовий характер. Інші побічні продукти перегонки нафти (бензин, мазут) спочатку спалювали або виливали у річки. Але згодом нафтою почали замінювати традиційне паливо – вугілля. Так, брати Нобель володіли паровими суднами на Каспійському морі, які перевозили нафту і працювали на ній.

З винайденням двигунів внутрішнього згоряння нафта отримала найважливіше значення у промисловості і на транспорті. Замість керосину почали виробляти бензин. Поступово хіміки відкривали все нові якості нафти і нафтопродуктів.

Один з перших бензинових двигунів винайшов Г.Даймлер (1883), а у 1889 р. він сконструював перший автомобіль з подібним двигуном. Поява легкого бензинового двигуна зробила величезний вплив на розвиток нового виду транспорту – авіації. Ці двигуни сприяли також появі автомобільного транспорту та розвитку суден.

Зародження та розвиток автомобільного транспорту.

Ідея використання двигуна внутрішнього згоряння для безрекового транспорту вперше була висловлена французьким інженером А.Бо де Роша у 1862 р. Використання бензинового двигуна для пересування автомобіля почалось з 1885 р., коли німецький винахідник Г.Даймлер взяв на нього патент. В якості сфери його використання, крім автомобіля, вказувались мотоцикли та моторні човни. Потужність першого двигуна Даймлера становила 0,75 к.с. при 800 об/хв. На базі свого двигуна Г.Даймлер того ж року сконструював легкий автомобіль. Наступного року він сконструював новий автомобіль, що розвивав швидкість 18 км/год. Одночасно з Даймлером успішну спробу побудови автомобіля здійснив його співвітчизник Карл Бенц, триколісний автомобіль якого розвивав швидкість 15 км/год. Ці перші автомобілі не переважали паромобілі та електромобілі, а технічні характеристики автомобілів та паровозів були просто незіставними. Тим не менше, ці недосконалі екіпажі з двигунами внутрішнього згоряння до сьогодняшнього дня визначають значною мірою рівень технічного прогресу в галузі металообробки полімерів, приладобудуванні та організації промислового виробництва.

Наприкінці ХІХ ст. досліди зі створення автомобіля отримали широке розповсюдження по всьому світу. Їх здійснювали Д.Ф.Дьюреа у Франції, Г.Форд у США, Р.Е.Олдс в Англії. Конструктори перших автомобілі використовували елементи пристроїв інших транспортних засобів: за основу був взятий звичайний кінний екіпаж, у велосипеда запозичена ланцюгова передача, у парових повозок – диференціал, а пневматичні шини з’явилися у середині 90-х рр.

Протягом останнього десятиліття ХІХ ст. експерименти на створенням автомобілів, паромобілів та електромобілів, як і їх випуск, провадились паралельно в багатьох країнах. Так, у США 1899 р. було випущено 1661 паромобіль, 1575 електромобілів і лише 936 автомобілів. Але саме у цей час були закладені підвалини остаточної перемоги автомобіля над іншими безрейковими транспортними засобами. Його головна перевага полягала у технологічності, у здатності при будівництві автомобіля використовувати й реалізовувати найсучасніші технічні відкриття: карюратори поплавкового типу, магніто, а невдовзі електричний стартер тощо. За кілька років напівкустарне виробництво, засноване конструкторами-аматорами, було поставлене на промислову основу. До кінця століття з’явились перші автомобільні заводи: у 1896 р. в Айзенаху (Німеччина) та Спрінгфілді (США), 1897 р. в Копршивніні (сучасна Чехія), у 1899 р. у Туріні (Італія). Однак виробництво автомобілів і на них залишалось ще кустарним. Так, у США протягом 1899 р. 50 автомобільних фірм випустили від 10 до 200 автомобілів кожна.

Справжній перелом в автомобілебудуванні стався 1902 р. Генрі Форд, маючи 7-річний досвід конструювання й виробництва автомобілів, відкрив нову фірму “Ford Motor”. Початок був важким, оскільки перший автомобіль був проданий лише через рік. Заслуга Г.Форда полягала в тому, що він був не стільки вдалим конструктором, скільки талановитим менеджером. Він не був винахідником конвейєра, він не перший, хто спробував його запровадити у виробництво, але він був перший, хто зумів отримати технічний, технологічний і комерційний зиск від його запровадження.

Саме Форд вдосконалив та інтенсифікував процес масового збирання автомобілів. Його надзвичайно дешеві, але запроваджені у масове витобництво “Моделі А”, а починаючи з 1908 р. “Моделі Т” виграли конкурентну боротьбу. Головна ідея Форда полягала у тому, що якщо раніше робітник переходив від одного блоку до іншого, то тепер ці блоки підвозили робітнику один за одним. Саме з підприємства Форда розпочався процес інтенсифікації виробництва. Перехід до масового виробництва автомобілів врешті-решт дозволив Г.Форду різко збільшити свої прибутки – з 1,8 млн. дол. (1909) до 11,2 млн. дол. (1913).

У гострій конкурентній боротьбі першого десятиліття ХХ ст. у світовій автомобільній промисловості могли досягти успіху ті фірми і компанії, які використовували нові технології: “General Motors” (США), “Renault” (Франція), “Fiat” (Італія).

Автомобільна промисловість вже перед Першою світовою війною впливала на прогрес у всіх галузях техніки. Збільшення обсягів виробництва автомобілів і пов’язані з цим замовлення на необхідне устаткування, матеріали, комплектуючі вироби, напівфабрикати тощо, пов’язані з цією галуззю, не тільки величезна кількість робітників та інженерів, але й велика кількість підприємців напряму чи опосередковано залежали від масштабів автомобільного виробництва.

Значним досягненням ХІХ ст. було відкриття виробництва алюмінію. Вперше цей елемент відкрив Ерстед у 1825 р., але його виготовлення потребувало значних коштів. Протягом 1854-1855 рр. у світі виготовили всього 25 кг алюмінію.

У період з 70-х рр. ХІХ ст. і у першій чверті ХХ ст були зроблені важливі наукові відкриття та винаходи, інтенсивно розвивалась велика промисловість, почала розповсюджуватись система машин у різних сферах виробництва. Було винайдено літак, радіо, телефон, кінематограф, вирішена проблема передавання електроенергії на великі відстані, створені нові способи отримання сталі та інші значні досягненя.

Основою машинно-фабричного виробництва стала система машин, яку приводив у дію не лише паровий, але й електричний двигун. Саме становлення і перші кроки у розвитку електроенергетики та електропромисловості було головною подією в історії техніки цього періоду.

Заміна парових машин електродвигунами внесла принципові зміни у функціонування усієї системи машин. Якщо раніше паровий котел як установка для ствоерння робочого теплоносія енергії був пов’язаний з паровою машиною, що перетворювала теплову енергію на механічну, яка передавалась за рахунок передаточного механізму комбінованій робочій машині, то тепер електродвигун (який перетворює електричну енергію на механічну) зв’язується з окремою робочою машиною або їх групою. Передаточний механізм розпадається на окремі відрізки????, безпосередньо пов’язані з окремими робочими машинами. Розвинута система машин перетворюється на сукупність окремих машинних пристроїв, а у виробництві в цілому бере участь не лише комбінована робоча машина, але й комбінована машина-двигун і передаточний механізм.

Утворення розвинутої системи машин на базі електродвигуна вимагало нових методів керування машинами та засобів контролю виробничого процесу. Для дієвішого контролю за роботою машини були запроваджені різноманітні прилади, виготовлення яких потягло за собою приладобудування як галузь виробництва. Бурхливий розвиток приладів для виробничих потреб було також особливістю технічного прогреса даного періоду.

У цей період виникають елементи електроніки та інших технічних засобів, які дозволили автоматизувати виробництво. Був відкритий фотоелектронний ефект та створені фотоелементи, винайдені електронні лампи, Б.Л.Розінгом було отримано найпростіше телевізійне зображення (1911). На межі століти виникли й інші елементи цієї техніки, зокрема, механічні обчислювальні машини (Чебишева, Крилова та ін.), зародилися принципи завису на плівку звукових та інших коливань, які згодом були використані у програмуючих пристороях (???? обладнанні), “системах пам’яті” та інших приладах, що виконували на виробництві логічні функції.

У галузі транспортного двигунобудування були винайдена П.Кузьминським газова турбіна. Виникли також елементи космічної науки і техніки, зокрема проекти ракетних двигунів, праці К.Ціолковського.

Розвивалася хімічна промисловість, виникають умови для хімізації виробництва та отримання штучних матеріалів із наперед визначеними властивостями. Наприкінці ХІХ – на початку ХХ ст. були розроблені способи отримання штучного волокна (шовка) штучного алізарина (????), пластмас, вирішувалась проблема синтеза органічних барвників, були закладені основи важкого органічного синтеза, реакції полімерізації, які мають велике значення для отримання штучного каучука та інших речовин.

 

---

Дата добавления: 2016-01-05; просмотров: 14; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!