Схема электрической лампочки Эдисона. Патент США 223898 от 27 января 1880 г.
Вторая промышленная революция (или же технологическая революция) — трансформация в мировой промышленности, охватывающая вторую половину XIX и начало XX века. Началом её считают внедрение бессемеровского способа выплавки стали в 1860-х годах, а кульминацией — распространение поточного производства и поточных линий. В 1860—1870-х годах технологическая революция быстро охватила Западную Европу, США, Российскую империю и Японию.
В отличие от первой промышленной революции, основанной на инновациях в производстве чугуна, паровых двигателях и развитии текстильной промышленности, технологическая революция происходила на базе производства высококачественной стали, распространении железных дорог, электричества и химикатов. В эпоху второй промышленной революции развитие экономики было преимущественно основано на научных достижениях, а не просто удачных изобретениях.
Сама концепция второй промышленной революции была введена британским социологом Патриком Геддесом в 1915 году, а в 1970-х годах была введена в широкое употребление американским экономистом Дэвидом Лэндисом.
Схема бессемеровского конвертера. Через расплавленный чугун продувают воздух, вызывающий окисление примесей и превращение чугуна в сталь.
Бессемеровский процесс стал первым недорогим способом промышленного производства высококачественной стали. Изобретённый Генри Бессемером, он революционизировал изготовление стали за счет снижения трудоёмкости и стоимости, что обеспечило массовое производство этого важнейшего материала. Вслед за бессемеровским вскоре появился мартеновский и другие способы выплавки стали.
Идея стандартизации узлов и механизмов появилась ещё в начале XIX века, прежде всего в оружейном деле. Основанная на внедрении металлорежущих станков, к середине XIX века стандартизация была широко внедрена в США и получила название «американская система производства». Её применение в производстве швейных и сельскохозяйственных машин привело к значительному повышению производительности труда. Происходивший в эпоху второй промышленной революции быстрый рост масштабов промышленных предприятий, на которые привлекали все больше рабочих, привел к разработке системы научной организации труда или «тейлоризма», в честь её основоположника, американского инженера Фредерика Тейлора, который применил концепцию стандартизации не только к механизмам, но и к операциям, производимым людьми. Впоследствии на базе его системы развилась новая дисциплина промышленная инженерия.
В производстве бумаги с изобретением бумагоделательной машины лимитирующим фактором стало сырьё и возникла необходимость в переходе от дорогостоящего хлопка к более дешевому древесному сырью. В 1840-х годах его готовили путём тонкого измельчения древесины, но к 1880-м годам перешли на химические способы обработки древесины.
Нефтяная промышленность зародилась около 1859 г. в США, где из нефти, добываемой в Пенсильвании, стали делать керосин для ламп[3]. Керосиновые лампы обходились дешевле светильников на растительных и животных жирах и были более распространёнными, чем появившиеся к тому времени в некоторых городах газовые фонари. Лишь к 1890-м годам в уличном освещении начали использовать электричество, а для освещения домов оно начало массово применяться лишь в 1920-х годах. Бензин поначалу был побочным продуктом в производстве керосина, но в начале ХХ в. он нашёл широкое применение в автомобилях, и для его массового производства с 1911 года (компания "Стандарт-ойл оф Нью-Джерси") начали применять крекинг[3].
Электрический телеграф вначале применяли для связи на железных дорогах, но вскоре он стал общим средством связи. Первый коммерческий телеграф Уитстона и Кука был введен в действие в Лондоне в 1837 г.[4]. В 1866 г. при помощи парохода «Грейт Истерн» британский инженер Брюнель проложил первый долговечный трансатлантический телеграфный кабель. К 1890-м годам международная телеграфная сеть соединяла все крупнейшие города мира. Телефон был впервые запатентован в 1876 г.[6], а радиотелеграф в 1895 г.
Электрификация стала основой дальнейшего развития технологической революции к созданию поточных линий и поточного производства. При сборке модели «Форда Т» использовали 32 тысячи станков, большая часть которых работала на электричестве. Генри Форд говорил, что массовое производство было бы невозможно без электричества, потому что именно оно обеспечило работу множества станков и другого оборудования на конвейере[10]. Кроме того электрификация позволила производить многие химикаты с участием электрохимических реакций, в том числе алюминий, хлор, гидроксид натрия и магнезию.
Во второй половине XIX в. значение железных дорог превзошло роль каналов в транспортной инфраструктуре. Их строительство было облегчено появлением недорогих стальных рельсов, которые были существенно более долговечны, чем ранее использовавшиеся чугунные, служившие не более 10 лет. Стоимость перевозок в результате упала более чем в 25 раз[13]. Вследствие широкого распространения железных дорог вдоль них возникло множество городов и выросло городское население в целом. Кроме железных города связало и много автомобильных дорог, качество которых было улучшено ещё в эпоху первой промышленной революции, в значительной степени благодаря инновациям британского инженера Джона Мак-Адама. Сеть дорог с твёрдым покрытием широко распространилась в США и Западной Европе после изобретения велосипеда, ставшего популярным видом транспорта в 1890-е годы. Для борьбы с дорожной пылью с 1910-х начали применять гудрон и асфальт. В кораблестроении появление дешевой листовой стали позволило металлическим судам с двигателями (паровым и дизелем) окончательно вытеснить деревянные парусники[11].
Легковой автомобиль с бензиновым двигателем внутреннего сгорания был впервые запатентован Карлом Бенцем в 1886 г.. Первый грузовой автомобиль был создан фирмой "Фабрика ГотлибаДаймлера" (GottliebDaimler-Fabrik) в 1896 г. Первый легковой автомобиль Генри Форда появился в 1896 г., а его «Форд Мотор Компани» была основана в 1903 г. Поначалу автомобиль был дорогим и престижным видом транспорта, но Генри Форд упорно боролся за то, чтобы сделать его массовым и демократичным[9]. Удешевление производства было в конце концов достигнуто благодаря созданию поточной линии. Это был первый пример создания агрегатов из примерно пяти тысяч деталей в масштабах до сотен тысяч и миллионов экземпляров ежегодно. В результате цены на «Форд Т» упали с 780 долларов в 1910 г. до 360 долларов в 1916 г..
Роль науки
Трёхфазное магнитное поле электромотора. Три кабеля порождают переменное магнитное поле, результирующий вектор которого показан стрелками. Трёхфазный ток имеет широкое применение в промышленности.
К середине XIX в. был заложен фундамент современной химии и термодинамики, а к концу столетия обе эти науки приобрели современное состояние, что в свою очередь позволило заложить фундамент современной физической химии. Развитие этих научных дисциплин стало основой развития химической промышленности и производства анилиновых красителей. Ещё одним следствием развития химии стало совершенствование производства стали, как на стадии обогащения железной руды, так и при создании сплавов стали с хромом, молибденом, титаном, ванадием и никелем. Например, сплав стали с ванадием не подвержен коррозии и имеет повышенную прочность, вследствие чего нашёл применение при производстве автомобилей[15].
Одним из наиболее важных промышленных приложений неорганической химии стал процесс синтеза аммиака из атмосферного азота, разработанный к 1913 г. и широко внедренный в практику после первой мировой войны. Современное сельское хозяйство существенно зависит от дешевого азотного удобрения, производимого с помощью этого химического процесса[16].
Первый газовый (на светильном газе) двигатель внутреннего сгорания, нашедший сравнительно широкое применение, был разработан Жаном ЭтьеномЛенуаром в 1860 г. Его применяли на небольших предприятиях, для которых мощные паровые машины не были нужны, а малогабаритные паровые машины были неэффективны[1]. Николаус Отто усовершенствовал этот тип двигателя, сделав более компактным и впятеро более эффективным (четырехтактный цикл), а ГотлибДаймлер и Вильгельм Майбах перевели его на жидкое топливо (бензин) и внедрили искровое зажигание, что позволило, начиная с середины 1880-х, устанавливать его на автомобили, катера и локомотивы. В 1897 г. Рудольф Дизель на основе принципов термодинамики разработал и запатентовал дизельный двигатель, значительно более эффективный (на 20-25%), чем с двигатель с искровым зажиганием. Сначала дизель применяли в качестве стационарного, с 1903 года – в кораблестроении (с 1909 года на подводных лодках), с 1914 года – на локомотивах[1]. После затянувшейся разработки быстроходного вихрекамерного дизеля фирмой К.Бенца, начиная с 1922 г. началась его установка на сельскохозяйственных тракторах, а с 1923 г. – на грузовых автомобилях (с 1936 г. и на легковых), а также на военной технике (танк).
Одним из наиболее важных научных достижений является объединение знаний о свете, электричестве и магнетизме в электромагнитной теории Максвелла. Она стала основой для разработки динамо-машин, электрогенераторов, моторов и трансформаторов. В 1887 г. Генрих Герц исследовал предсказанные Максвеллом электромагнитные волны[1], что привело к изобретению радио. Для развития радиовещания в 1906—1908 гг. была изобретена электронная лампа, что позволило усиливать радиосигнал и производить все более мощные радиопередатчики. К 1920 г. началось коммерческое радиовещание. Электронная лампа оставалась в широком употреблении до середины ХХ в., когда её вытеснили транзисторы.
К 1884 г. усовершенствование парового двигателя привело к созданию паровой турбины, которая вначале была применена в кораблестроении, а впоследствии — и в производстве электроэнергии.
Электрификацию называют «самым важным из важнейших инженерных достижений ХХ в.» В 1886 г. электромотор был использован для движения трамвая и к 1889 г. появилось уже более 100 трамвайных линий. К 1920 г. трамвай стал основным городским общественным транспортом. Более мощный электромотор был создан Никола Тесла и другими учёными и изобретателями в 1890-х годах. Он нашёл широкое применение в промышленности[18]. В 1881 г. Джозеф Суон для освещения зала театра в Лондоне поставил 1200 ламп накаливания собственного изобретения. Это первый случай, когда все освещение большого публичного здания было полностью электрическим[19][20]. В это же время электричество начали применять для уличного освещения и на фабриках. Для освещения жилых зданий в крупных городах электричество начали применять в 1920-х годах, а флуоресцентное освещение было предложено для коммерческого использования на Всемирной выставке 1939 г.