世界近代后期科技史-第24章

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汽机。4年后，他研制出一种单缸高压蒸汽机车，车头仅有4个轮子，动力　

通过齿轮系统传递给车轮。这辆机车拉着5辆4轮货车，装载着10吨铁和　

70名乘客出现在伦敦街头，机车时速达每小时8公里，虽然总共只行驶了15　

公里，却引起了轰动。由于当时使用铸铁制造的铁轨太脆，试运行几次之后，　

便损坏了，人们却以为这是由于崔威席克的火车轮空转造成的结果。　

　　　　　1813年，有个叫兰顿的制造了一辆奇特的蒸汽机车，机车的后面安装了　

二条象马腿一样的机构，他以为这样就可以防止车轮打滑。同一时期还有人　

发明了带齿的轨道和车轮，车速达到每小时6公里，牵引着6吨的煤行驶。　

法国人马克·塞贵因做出了一项有实用价值的发明，他的多管锅炉使受热面　

大大提高。哈克沃斯发明了从烟道排出废气的办法，废气在烟道内产生了一　

种抽风的效应，帮助锅炉中煤的燃烧。他们的发明一直使用至今。　

　　　　　从1814年起，煤矿司炉工乔治·斯蒂文森（1781—1848，英国）开始研　

制真正的蒸汽机车，到1825年，他共研制了19台火车，顺利地解决了当时　

运送煤炭的问题。同年9月，他研制出功率较大的机车“运行号”，这台机　

车可以牵引38节客车，共载着450名乘客在斯托克顿到林顿之间行驶，在当　

时，这是仅有的一条长21公里的铁路。后来“运行号”的时速提高到每小时　

24公里。这一成就使斯蒂文森大受鼓舞，他不顾许多人的激烈反对，决定兴　

建从利物浦到曼彻斯特的铁路，这条铁路共有63座桥梁和2公里长的隧道。　

1829年，这一工程完成，次年顺利通车。　

　　　　　1829年，斯蒂文森制成了当时最先进的机车“火箭号”。他采用了多管　

锅炉和利用废气抽风的技术，为了增加废气的抽力，火车的烟囱高达4。5米，　

蒸汽机的活塞可以直接推动车轮。在雷因普希的比赛中火箭号获得优胜。同　

年，“火箭号”在利物浦到曼彻斯特的铁路上运行，时速达到每小时29公里，　

它证明用火车牵引是切实可行的。历史上通常把这一年作为蒸汽机车的诞生　

日期。蒸汽机车和铁路运输对英国的经济发展做出了巨大贡献，并为其它各　

国所仿效。　

　　　　　1860年，英国的伦敦地下铁路工程开工，3年后完成了长6公里的地段，　

由于使用蒸汽机车牵引，隧道内常常是烟尘滚滚，但是它为人们带来便利，　

仍受着市民的欢迎。1872年，纽约建成了第一条高架铁路。　



　　　　　（2）内燃机与汽车的发明　

　　　　　蒸汽机在19世纪暴露出固有的缺点：其一是效率低，当时仅达到5—8　


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％；其二是体积过于笨重，巨大的蒸汽锅炉占据了大量空间，因而限制了它　

应用的范围；其三是烧煤带来了污染，当时的工矿区无不浓烟滚滚，烟囱林　

立；其四是运行事故多，不安全，例如在1862到1879的17年里，蒸汽机的　

爆炸事故多达1万起，造成成千上万工人死亡。　

　　　　　18世纪末，法国工程师蓝蓬和英国的斯垂特开创了内燃机的研究，前者　

以煤气做燃料，后者则使用松节油，但都没成功。　

　　　　　1820年，英国人塞歇尔发明了一种煤气机，在实验室内仅运行了60分　

钟。　

　　　　　1833年，英国莱特提出了使用煤气——空气的混合物做燃料，将这种燃　

料在气缸中点燃，推动活塞作功。5年后，他的同胞巴内尔特为这种发动机　

发明了点火装置，并让煤气先经过压缩再点燃爆发，因而发明了煤气压缩式　

内燃机。　

　　　　　1854年，意大利的巴尔桑蒂和马泰乌奇制成“自由活塞式”内燃机，其　

传动系统采用齿轮——齿条机构，但运行并不理想。经过半个世纪的努力；　

内燃机的部件得到不断改进，有的发明如1855年提出的可自动膨胀的活塞　

环，大大改善了气缸的密封性能，并沿用至今。　

　　　　　1860年，技术工人雷诺（1822—1900年，法国）汲取了以往内燃机的成　

果，终于制成了第一台实用的内燃机。他的发明与一台单缸卧式蒸汽机几乎　

一样，仅仅以煤气代替蒸汽，用电火花将煤气点燃。这台发动机的功率只有　

1—2马力，效率也只达到4％，但毕竟可以实用了。雷诺的发明本质上是一　

台二冲程、无压缩、电点火的煤气机。优点是运转平稳、造价便宜、结实耐　

用，吸引了不少客户，也吸引了许多优秀工程师和教授来访问他，人们开始　

认真考虑用内燃机取代蒸汽机的可能性。　

　　　　　1862年，法国工程师罗沙对内燃机作了较深入的理论研究，他认为必须　

尽可能提高燃气的初始压力，并使气体尽快膨胀至极限，才有可能提高内燃　

机的效率。在这一理论基础上他首先提出了四冲程循环原理，成为后来各种　

内燃机的理论基础。　

　　　　　还在1860年，一位德国商人奥古斯特·奥托　（1832—1891年，德国）　

在获知雷诺的发明后也开始研制内燃机。他一开始就遇到如何控制煤气爆发　

的冲击力问题，后来他采用了真空原理来解决这一难题。1876年，他研制成　

功第一台单缸、4冲程煤气机，功率不足4马力，整台机件小巧紧凑，工作　

平稳，热效率提高到12—14％。　

　　　　　奥托的四冲程内燃机具有很灵活的特性，它不仅外形可随意改变，而且　

多缸可共用同一根轴作功，在燃料方面也不仅局限于煤气。因此，许多国家　

都开始生产这种发动机，到19世纪末，全世界已拥有20万台这种发动机。　

到90年代，输出功率已发展到200马力，热效率超过了20％。　

　　　　　煤气作为内燃机的燃料，存在难贮运、难于控制的弱点，所以很早人们　

就开始寻找液体燃料以替代煤气。19世纪60年代，开始工业开采石油，最　

初人们只会利用从石油中提炼出的煤油点灯，而把象汽油这类轻质油处理　

掉。　

　　　　　1873年，奥地利人霍克首先发明了一种雾化器，能将煤油与压缩空气通　

过喷嘴实现雾化混合，然后送入汽缸。同年，美国的布雷顿，发明了一种双　

缸双动煤油机。　

　　　　　1875年，奥托—兰根发动机公司的技师迈巴赫在一台奥托发动机上用汽　


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油作燃料试验。到80年代中期，他和戴姆勒发明了第一台汽油发动机，这台　

发动机附有一个戴姆勒发明的表面汽化器，他们没有采用火花塞装置，而是　

设计了一种白金管的明火点火装置。靠这一装置，发动机的转速达到每分钟　

600—900转。　

　　　　　1885年，德国杰出的工程师本茨（1844—1929年，德国）研制成一台卧　

式4冲程汽油机。他也采用了表面汽化器，并利用废气的热量使汽油汽化。　

本茨采用了较先进的电火花塞技术，他让感应线圈和蓄电池组成高压系统，　

实现了发动机汽缸内的高电压火花放电，这种技术既安全又不易调整。　

　　　　在火车出现后，人们开始努力研制出一种真正取代马车的轻便机动车。　

　　　　　最早的汽车是使用蒸汽机的车辆，1829年，英国的詹姆斯用蒸汽机制做　

了一辆不需要铁轨的车辆，这种车一路上发出隆隆的声响，用浓烟污染着环　

境，而且在后来的使用中事故不断发生。即使是这样，伦敦还在1883年开办　

了公共交通公司，拥有10辆蒸汽汽车为市民服务。　

　　　　　内燃机出现后，人们自然想到利用这种轻便的发动机来驱动车辆。1826　

英国人塞缪尔·布朗曾建造过一台4马力的煤气机，用它驱动过一辆车。1845　

年，英国人汤姆逊发明了充汽轮胎，安装在蒸汽汽车上，使噪声大大降低，　

也改善了汽车的行驶状态。60年代中期，奥地利的马库斯第一次把一台汽油　

机安装在一辆手推车上，有人认为这是第一台真正的汽车。　

　　　　　1885年，本茨研制出一种三轮汽车。这种车使用单缸汽油机驱动，通过　

一根皮带带动车轮转动，调节皮带的松紧可以起到离合器和变速器的作用。　

汽车的转向是通过齿轮、齿条机构控制前轮的方向来实现的。这种三轮汽车　

经过不断改进于1888年开始进入市场，很快便受到使用者的欢迎，90年代　

开始成批生产。　



　　　　　（3）船舶革命　

　　　　海上贸易给欧洲工业国带来了巨大的利益，为了通商需要和争夺海上霸　

权，西方各国竞相建造船舰，努力发展航海技术。19世纪后，由于蒸汽机技　

术日臻完善和钢铁工业的发展，开始了用蒸汽机做船舶动力和用钢铁造船的　

新时代，从而开始了船舶革命。　

　　　　　1785年，约翰·菲奇（美国）首先在波托马克河上试验蒸汽轮船，他发　

明了一种机械桨，由蒸汽机带动划船。次年，英国人威廉赛明顿也建造了两　

侧有机械桨轮的蒸汽船。但他们的发明没有引起重视。　

　　　　　蒸汽轮船在　19世纪得到迅速发展。1803，欧洲游历的罗伯特·富尔顿　

　（1765—1815年，美国）见到蒸汽船舶的试验并对此产生了兴趣。是年，他　

建造了一艘蒸汽船在塞纳河试航，但没有成功，他向拿破仑建议用蒸汽机驱　

动战舰也未被采纳。1807年，他回国建成一艘蒸汽船，蒸汽机功率为20马　

力，带动两侧的轮桨。这艘轮船叫“克勒蒙特”号，全长45米，宽4米，装　

有高大的烟囱，它的奇特的外形受到看热闹的人们的嘲笑，他们把它叫做“富　

尔顿傻瓜”号。但是在试航中，它沿哈德逊河逆流而上，32个小时内航行了　

240公里。试航的成功彻底改变了公众的舆论。从此，在内河航行的轮船迅　

速地发展起来。同年，美国的约翰·史蒂文森建造了带轮桨的海轮，首次完　

成了海上试航。1819年，美国的蒸汽轮船完成了横渡大西洋的航行，但是这　

艘“萨凡纳”号实质上仍是一条机帆船。此后，轮船得到不断改进，到　40　

年代，轮船功率已达到400—700马力，横渡大西洋已屡见不鲜了。　


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　　　　轮船两侧的轮桨　（明轮）机构在使用中很快就暴露了缺点，特别是在有　

风浪的情况下，两侧轮桨划水的力量常常失去一致性，以致船只很难操纵。　

到19世纪30年代，螺旋桨推进器发明后，明轮便渐渐被淘汰了。　

　　　　　最早的螺旋桨推进器试验始于18世纪末，最初的螺旋桨进器很可能受到　

阿基米德螺旋汲水器的影响，都做成一根很长的螺旋形杆。1829年，澳大利　

亚的约瑟夫·莱塞尔等人就做过类似的工作。但他们都没有获得成功。　

　　　　　1837年，英国海军部以2万镑奖金悬赏替代明轮的推进方案，结果有两　

位发明家获奖。一位是瑞典发明家约翰·埃立克，他发明的螺旋桨推进器是　

由二个转动方向相反的螺旋桨组成，结果证明这一推进器可以使船快速行　

进，但海军部却并不满意。另一位发明家史密斯　（1808—1874，英国）。史　

密斯最初的方案是用