托里拆利实验的意义
• 发现了大气压力和真空，导致水银气压 计的发明。 • 为了纪念他最初发现真空的功绩，后来 人们把水银计中的真空称为“托里拆利 真空”。
帕斯卡的大气压力实验
布莱斯·帕斯卡 • 1623年出生于法国，只活了39岁，却在科学、哲 学和文学上都创下了不朽的业绩。
• 通过在海拔较高的地方进行的多次实验， 通过在海拔较高的地方进行的多次实验， 进一步支持了托里拆利关于大气压力的观 并发现大气压力与空气密度成正比。 点。并发现大气压力与空气密度成正比。
纺纱技术的改进使织布向机械化过渡
• 纺纱机的改进解决了纱荒问题，但又使得 织布的效率落后于纺纱。 • 1785年，英国的卡特赖特发明了用蒸汽机 带动的织布机，于1792年制成了实用的织 布机。 • 1804年，法国的杰夸发明了能织各种花彩 的织布机。 • 到1813年英国人霍尔勒克斯把木制机改为 铁制机。
第一次技术革命与产业革命
第一次技术革命与产业革命
• 第一次技术革命发生在18世纪30年代到18世纪末， 以纺织机 纺织机的改革为起点，蒸汽机 蒸汽机的发明与使用为 纺织机 蒸汽机 标志，这两项技术又引发了第一次产业革命 产业革命。需求什么？ 瓦特发明蒸汽机的过程中继承了哪些科技成果？ • 课程内容： 一 第一次技术革命的起点——纺织机改革 二 真空问题：托里拆利、帕斯卡、盖里克与波义尔 三 巴本——塞维利——纽可门的奠基工作 四 三大实验 五 瓦特的双向通用蒸汽机的发明 六 第一次产业革命
塞维利蒸汽泵
• 塞维利在包尔塔蒸汽压力的基础上，改进 了气缸和锅炉，于1695年制作成了能用于 矿井排水的蒸汽泵，他称为“蒸汽机”， 誉为“矿工之友”。
纽可门蒸汽机
• 纽可门（1663-1729）拜访胡克，学习到了巴本 蒸汽泵的原理，以及一些必要的科学实验和理论 知识。 • 不久，他联合考利、塞维利，组成了一个创新小 组。改进了塞维利蒸汽泵的两个缺点：热效率太 低、不是典型的动力机。他引进了活塞装置，发 明了传动机构。于1705年发明了第一台可作为动 力机的蒸汽机。 • 纽可门蒸汽机实现了当时蒸汽技术的又一次大综 合，树立了把学者传统和工匠传统相结合的范例。 • （中世纪，学者与工匠彼此分离。）
蒸汽机的发明和使用的年代，被称为“蒸汽机时代” 蒸汽机的发明和使用的年代，被称为“蒸汽机时代”。
第一次工业革命
蒸汽动力引起的第一次工业革命
• 第一次工业革命以蒸汽机为主要标志。兴起于18 世纪中期，完成与19世纪40年代。 • 蒸汽机技术是基础技术，轮船、火车以及其他以 蒸汽机为动力的工作机是蒸汽机的主要应用领域， 这样就形成了蒸汽技术体系。 • 19世纪40～60年代，英国、法国、德国、荷兰、 美国相继完成了第一次工业革命，实验了从工厂 手工业向机器大工业的生产方式的变革，并因此 进入蒸汽时代。
瓦特蒸汽机
• 瓦特对于纽可门蒸汽机的改进：使气缸与冷凝器 分离提高热效率、将直线往复运动变为连续的圆 周运动。 • 1783年，瓦特制成第一台蒸汽机，1784年投入使 用，热效率大大提高，耗煤量只有纽可门蒸汽机 的1/3。1787年，瓦特取得了专利。 • 蒸汽机的广泛使用，引起了欧洲的产业革命。
瓦 特 蒸 汽 机
波义耳定律
• 波义耳证实了在真空中，羽毛和铅块果 然同时下落；声音在真空中不能出传播； 电吸引力可以穿透真空。 • 波义尔-马略特定律：在压缩空气时， 压强越大，空气体积越小。即气体的体 积与压力成反比。（1662年提出）
巴本蒸汽泵（1680）
• 法国物理学家、工程师巴本（Papin,1647-1712）， 求教与惠更斯，受到波义耳的邀请去英国一起工 作，巴本学习到了系统的气体力学知识。 • 1674年开始，巴本致力于蒸汽泵实验设计，相继 1674 引进了气缸、活塞，发明了安全阀，于1680年， 设计成功。 • 巴本蒸汽泵综合了蒸汽压力实验、大气压力实验、 真空作用实验的成果，综合了波义耳和胡克等人 的理论成果，是实验科学的产物。
英国工业革命时期的一座煤矿
18世纪英国钢铁冶炼技术的革新
• 1.欧洲冶铁历史较长，但小作坊用木炭液体，工艺粗糙， 到18世纪初产量仍较低。 • 2.1735年，达比发明焦炭炼铁法，可炼出优质铁，得到迅 速推广。 • 3. 1750年，亨茨曼发明坩锅炼钢法，使铁水与空气隔绝， 1750 炼出较纯净的钢。 • 1760年，斯密顿发明水力鼓风机，1780s瓦特发明蒸汽机， 都大大提高了炼铁效率。 • 1784年，科特发明搅拌法，炼出熟铁，使炼铁技术上了一 个新台阶。 • 经过钢铁技术的不断革新，18世纪末，英国率先进入钢铁 时代。
水上运输业的变革
• 美国工程师富尔顿（Fulton,1765-1815）于 1807年发明并制造了第一艘能用于实际运 输的汽船“克勒蒙号”。这标志着汽船时 代的开始。 • 1838年汽船横渡大西洋成功。风帆被淘汰。 • 在造船材料上，到1850年，木船已全部被 铁船淘汰。 • 到二十世纪初，汽船已成为美国和许多欧 美国家的内河航运的主要交通工具。
瓦特（1736-1819）
• 詹姆斯·瓦特（1736年1月 19日 - 1819年8月25日） 是英国著名的发明家，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。 • 他改良了蒸汽机、发明了 气压表、汽动锤。后人为 了纪念他，将制中功率和 辐射通量的计量单位称为 瓦特，常用符号“W”表示。
第一次工业革命的硕果
• 纺织业大大发展，1788年英国的毛纺织业年产量 为75000匹，到1871年采用蒸汽机后，猛增到 190000匹。 • 采矿业大大发展。1795年，英国采煤量达1000万 吨。 • 冶铁也大大发展，到1806年，英国达258000吨。 • 机器制造业和运输业也大大发展。 • 工业革命深入发展，使英国的工业结构、市场结 构和人口分布发生变化。到19世纪初，英国城市 人口达全国人口的67%。
里拆利在伽利略的指导下进行大气压力实验。 但不久伽利略即病逝。托里拆利在1643年与 助手一道进行了一次最初的大气压力实验。
托里拆利的大气压力实验
托里拆利（1608-1647），意大 利物理学家。 • 托里拆利实验：在一根四英尺 长、一端封闭的玻璃管内注满 水银，，用手堵住开口的一端 将管子倒立放入水银盘，松开 手水银向下流，但流到水银柱 高约30英寸（760毫米）时，水 银不再下流了。 • 这说明，大气压力确实存在。
• 进一步研究了液体的静力学，提出了著名的帕斯 卡原理（作用于密闭液体中的压力可以完全传递 到液体内部的任何一处，并且垂直地作用于它所 接触的任一界面上。）
真空作用实验
格里凯 • 1602年出生于德国的 名门望族，早年游学 于荷兰、法国和英国， 学习法律和数学， 1646年当上马德堡市 的市长 • 1654年进行马德堡半 球实验：使真空和大 气压力为世人所接受。
英国产业革命的时代背景
• 1.17世纪，英国农业资本主义化完成。 之前的圈 地运动使大批农民成为城市无产者，为工业发展 提供了人力资源。 • 2. 早期商业资本家在殖民和海外贸易中积累了原 始资本，其中多数人转化为工业资本家。 • 3.英国的天然资源丰富，开采煤和铁成为致富新 途径。 • 4. 广大的殖民地保障了广阔的商品市场。 • 5.1688年光荣革命与18世纪议会制形成后，资本 主义在英国取得了统治地位。
纺织机改革的意义
• 纺织机的改革，以及由此促进的织布机的 改革，使得在纺织业内部基本上用机器生 用机器生 产代替了手工操作。 产代替了手工操作。 • 第一次技术革命首先在纺织业展开，它意 味着工厂时代的到来 工厂时代的到来，使人类的生产进入 工厂时代的到来 狂飙时期。
Ⅱ. 蒸 汽 机 的 发 明
第一次技术革命
第一次技术革命的起点——纺织机改革 Ⅰ.第一次技术革命的起点 纺织机改革
1. 飞梭的发明引发“纱荒”。 飞梭的发明引发“纱荒” 15世纪末到16世纪初，英国约克夏郡西部 农村毛纺织业发达，在激烈的市场竞争下， 1733年，凯伊（1704-1774）发明了飞梭， 年 凯伊（ ）发明了飞梭， 使织布效率提高了一倍， 使织布效率提高了一倍，打破了纺纱和织 布之间的平衡，促使人们改进纺纱技术。
蒸汽机发明的内容提要
• • • • （一）真空问题 （二）三大实验 （三）巴本——塞维利——纽可门的奠基工作 （四）瓦特的双向通用蒸汽机
1. 包尔塔的蒸汽压力试验
• 16世纪末，意大利那不勒斯大学教授包尔 塔（1538-1615）为了研究蒸汽动力，设计 了蒸汽压力实验。
真空问题
• 1 亚里斯多德：自然厌恶真空。即，自然界中没 有真空。 • 2. 包尔塔的蒸汽压力试验中意大利、法国和英国 受到重视，人们开始研究大气压力问题。 • 3. 最先关注大气压力的是伽利略。1641年，托
哈 格 里 夫 斯 1770年6月12日，哈格里夫斯发明的“珍妮纺织机” 获得发明专利权，到1778年，英国就有了2万台， 纺织效率一下提高了几十倍。 恩格斯把这项发明称之为“使英国工人的状况发生 根本变化的第一个发明。”
第一次技术革命的起点——纺织机改革 第一次技术革命的起点 纺织机改革
• 3. 水力纺纱机 • 珍妮纺纱机织出的纱不结实，1768年，英国人阿 克莱特发明了水力纺纱机。1769年申请了专利。 这种机器纺的纱结实，但不均匀。 • 4.骡机 • 1779年，英国工人克隆普顿综合了上述两种机器， 发明了新的纺纱机，织出的纱结实又均匀。由于 该机是综合性产品，故名之曰“骡机”。这大大 提高了纺纱效率，推动了英国的纺织技术革命。
工作机与动力机问题浮现
• 18世纪前五十年，以牛顿力学为科学理论基础， 以钟表机械工艺为技术基础，英国工场手工业勃 兴。各种初级机械工艺迅速发展，如纺纱机、织 布机、缝纫机、收割机、脱粒机、割草机、抽水 机、榨油机等。这些机械以自然力为原动力，如 人力、畜力、风力、水力等。 • 这样就有两个技术问题浮现了： • （1）如何进一步提高工作机的效率，——导致工 作机革命。是第一次工业革命的前奏。 • （2）如何进一步提高工作机所需的动力，——导 致动力机革命。是第一次工业革命的主旋律。