自-李思孟、宋子良“科学技术史

一、古代技术发端的第一标志——石器的制造
石器时代:(旧石器时代、中石器时代、新石器时代)
材料:石头(石料)
工具的制作工序(石器加工技术/方法):
旧:锤击、砸击等直接打制法——标准化的工具:砸器、刮削器和尖状器
    间接打制法,在制造装饰品时,还使用了钻孔、磨尖等新技术
中:镶嵌工具,即在石刀、石斧、石矛上装上木制或骨制把柄的工具——标志着人类已经学会利用杠杆等最简单的力学原理;也说明石器本身已开始走向复合化了。
弓箭是该时代出现的更复杂的复合工具,它是在旧石器时代晚期投掷武器的基础上发展起来的,弓箭的制造是原始技术显著进步的一个标志。
新:主要标志之一是大量磨光石器的出现——技术上的一次革命:采用琢磨和打光的技术,这
种技术在旧石器晚期已被用来加工装饰品,但是到新石器时代才应用于制造石器工具。磨光石器的优点在于明确的用途和锋利的石刃。
该时代最有代表性的工具是石斧、石镰和石刀,为人类由长期的采集、狩猎生活过渡到原始农业生产创造了条件,从而促进了原始社会生产力不断地向前发展。
二、人工取火技术(可能是在旧石器时代末期随着钻孔技术的出现而发明的,是在新石器时代随着磨制工具的使用而逐渐普及的)
钻木取火、摩擦生火、
恩格斯说:“尽管蒸汽机在社会领域中实现了巨大的解放性的变革……但是,毫无疑问,就世界性的解放作用而言,摩擦生火还是超过了蒸汽机,因为摩擦生火第一次使人支配了一种自然力,从而最终把人同动物分开。”
三、手工业的发展
制陶技术——第一次使人类对材料的加工超出了仅仅是改变材料几何形状的范围,开始改变
几何画板实验报告
材料的物理、化学属性;第一次通过一套复杂的工艺过程,创造出一种自然界所没有的人工材料;第一次使材料加工不仅利用人的体力,而且利用火这种自然资源。
陶器的制造工序:最初是在编制或木制的容器上涂上粘土以使之能够耐火——后来发现成型的粘土可以烧制成陶器。
工艺制造过程:首先是淘洗,除去陶土中所含的杂质;其次是制坯,早期是用手捏成坯,或用泥条盘筑而成,这统称为手制;后来逐步发展为采用制陶,这是古代轮子在手工技艺方面的重大应用,它使各种陶坯加工得更加规矩匀称,并大大地提高了生产效率;再次是装饰,在陶坯上涂上不同颜料或刻划不同的花纹;最后是烧制,早期是在露天下烧制的,后来发展为陶窑,陶窑的出现,不仅保持烧制所需要的高温,而且使陶坯在烧制中受热均匀,因此制成的陶器不易变形破裂,颜也较一致。
四、纺织
新石器时期的早期——利用植物纤维制成纺织品,最初利用野生葛、苧麻等做纺织原料,其纺纱方法有两种:
1、一种是搓捻和续接,用双手把准备纺制的纤维搓合和连接在一起
2、使用原始的纺纱工具——纺轮,它已具有能够完成加捻和合股的能力。
原始的纺造方法则是在编席和结网的基础上发展起来的机织工艺,织机没有架子,操作者席地而坐,像编席子一样地编织,故叫踞织机。
古代西亚的织机是有架子的,架子的一根杆扣着一组平排的纱,每根纱挂一重锤,是为经线,然后再以纬线穿过拉直的经线进行织造,这种形式的织布机称之为“经线锤织布机”。在利用植物纤维进行纺织的同时,畜牧地区也开始利用羊毛进行纺织。
五、冶金工艺
中国期刊全文数据库冶金工艺产生在新石器时代末期,与制陶有密切的关系。人们在烧制陶器的长期实践中发现,用木炭代替木材做燃料,可以获得更高的温度(可达950——1050度),这样的高温已接近铜的熔点,因而为铜的熔铸和冶炼准备了条件。
金工工匠可能是历史上最早出现的职业工匠。
中世纪西方科学思想与科学技术的发展
一、炼金术的兴起(在炼金术活动中人们学会了一些化学方法,现代化学就是由此兴起的)
二、一些新技术的出现和广泛应用
1、通过阿拉伯人之手,东方国家大量的发明传入欧洲,其中包括中国的指南针(12世纪传入欧洲)、火药(12—13世纪传入欧洲)、造纸术(12—13世纪传入欧洲)
2、技术发明,即用机械代替人,用蓄力、风力、水力代替人力
3、中世纪科技史研究的历史
查尔斯·瑟特发表了《关于阿基米德原理历史的研究》(1868—1869),乔韦恩·维尔特研究了希腊以来的静力学的历史,发表《从亚里士多德到亚历山大里亚的关于静力做功的原理》(1897年)一文,把中世纪的科学成就第一次展现出来。
20世纪初,对中世纪研究最有成绩者当属法国的杜恒(P.M.M.Duhem,1861—1916)。1905—1906年他出版《静力学的起源》,发现近代力学的传统和中世纪静力学研
究有着直接的联系。他在该书序言中说:“近代值得夸耀的力学和物理学科学的成就中,我们几乎没有觉察到它的改良和进展,实际上,这一系列的连续过程,在中世纪学派的内部进行说教过程中,早已流露出来。”
水乡的日子
在西欧的近代科学得以发展的背后,有过一个漫长的基督教世界的长期思想进展。特别是在12世纪,通过阿拉伯传入希腊科学新知识以来,出现了活跃的自然研究新动向,这些新动向和1277年以后的亚里士多德批判相结合,在14世纪达到顶点。像关于几何学的表述、动量概念、惯性原理、落体法则、地动说等一般认为在16—17世纪第一次提出的近代科学的方法和各种原理,似乎都在中世纪以萌芽的状态出现了。
易白沙工业革命也称产业革命(一般指从纺织机器的改革开始到蒸汽机的利用这一历史过程)。从18世纪中期到19世纪,欧洲经历了一场技术革命。这场革命整个地改变了欧洲资本主义经济的技术基础,实现了手工业到机器工业的转变。
18世纪60年代在英国开始工业革命的同时,也出现了近代以来的第一次技术革命,它开始纺织工业的机械化,以蒸汽机的广泛使用为主要标志。
民用机场管理条例
英国的工业革命是从纺织部门开始的,但不是传统的毛纺织业,而是新兴的棉纺织业。棉纺织业的技术基础薄弱,设备简陋,而且在国内被毛纺织业看做是最危险的竞争者,受到种种限制和打击,此外,还受到品质优良的印度棉布的强烈竞争,因此,棉纺织业迫切要求革新技术。同时,它没有旧传统约束的后起工业部门,比较容易进行技术革新。
棉纺织业分为纺纱和织布两个主要部门。1733年钟表匠约翰凯伊(John Kay,1704—1774)发明了飞梭,用飞梭的自动往返代替了手工投递,提高织布效率一部,并使布面加宽。
1764年织工兼工匠哈格里夫斯(James Hargreaves,1720—1778)发明了手摇纺纱机(珍妮机),把原来水平放置的单锭纺车改造成竖直放置的多锭纺车。珍妮机消除了纺纱和织布供需不协调的状况,是由手工工具变为机器的典型。
菜园保卫战1768年阿克莱特(Sir Richard Arkwright,1723—1793)利用了赫斯的发明而制成了水力纺纱机。水力纺纱机的应用,一方面,因为它用水力作动力,另一方面,水力机体积大,必须另建厂房集中大量工人工作,这就奠定了工厂制度的基础。
标志着纺纱机革新完成的是克伦普顿(Samuel Crompton,1752—1827)发明的骡机。童工出身的克伦普顿在大量实际操作经验的基础上,于1774—1779年间把水力机动力较大的优点与珍妮机带纱锭较多的优点结合起来,设计了一架纺出的线既结实又均匀的新型纺纱机,人们称之为“骡机”。——仍以水力为动力,但它可以带动400个纱锭。马克思对骡机有很高的评价,说它是“现代工业中一个最重大的发明”。骡机基本上缓和了纺纱与织布之间的生产矛盾。
1785年,牧师卡特莱特(Cartwright, 1743—1823)发明了自动织布机。
随着棉纺织业的机械化,与棉纺织业有关的部门也接二连三地出现了各种各样的机器,机械化的思想不断地影响着人们,手工劳动逐渐被越来越多的工作机所代替,如净棉机、梳棉机、自动卷扬机、漂白机、整染机等等,都陆续出现在棉纺织业的工厂中,实现了棉纺织整个行业的机械化。不久,在毛纺工业、呢绒工业、冶金业、采煤业、造纸业、印刷业都陆续采用了机器。工作机如雨后春笋般的出现着。
人们迫切地需要发明一种在任何情况下都能正常工作的动力装置,这是导致蒸汽机诞生的一个直接原因。
P191蒸汽机的发明
(一)瓦特之前的蒸汽机
利用蒸汽作为动力的器物可以追溯到古希腊。早在公元前2世纪,希腊人赫伦(Hero)就利用蒸汽喷射的反作用原理制造过一种蒸汽旋转球,这种装置可以产生很大的回转速度,但是能产生的动力很小,当时,很可能只是一种玩具。
到17世纪,由于手工业的发展,木材严重缺乏,使得那些以木材为燃料的手工工场不得不改为烧煤。煤炭开采中排水的需要推动了蒸汽机的发明。
1690年法国人巴本(Denis Papin,1647—1712)受布莱尼茨的启发设计了一种活塞式蒸汽机。这部机器靠蒸汽将活塞举起,然后将蒸汽冷却,汽缸内形成真空,活塞在大气压下做功,并通过杠杆提起重物。在巴本的蒸汽机中,竖式管子完成了锅炉、汽缸和冷凝器三重功能。他认为这种机器可以用于排除矿井积水、推动船只等。巴本的试验虽然没有成功,但他是第一个应用蒸汽在汽缸中推动活塞,第一个指出了蒸汽机的工作循环,为以后活塞式蒸汽机的发展开辟了道路。
17世纪末,英国许多矿井积水问题日趋严重。当时一般只有靠马力转动辘轳来排除积水,排水还有各种技术上的困难。
1869年,英国工程师塞维利(T.Savery, 1650—1715)制造了一种无活塞式蒸汽机,它直接靠蒸汽冷却造成的真空把水从矿井中吸上来,然后再次通进蒸汽将水压到更高的地方,这就超过了单靠真空吸水所能达到的有限高度。
第一个较为实用的蒸汽机是英国的铁匠纽可门(T.Newcomen, 1663—1729)于1705年制成的。他综合了巴本的汽缸活塞和塞维利的能形成真空的凝汽器装置的优点,制成了名叫“大气机”的抽水机器。巴本的活塞式蒸汽机,直接利用大气压做功,它只要求蒸汽为一个大气压,发动机和锅炉两者的结构简单,当时的手工工匠就能制造。纽可门继承了这一设计思想,同时也继承了塞维利获得真空的方法,依靠汽缸内蒸汽冷却,推动活塞运动。
纽可门机结构上的特点是它依靠一根平衡横梁与水泵相连;平衡梁一端同活塞相连,另一端与抽水机相连;活塞在汽缸中上下运动,平衡梁便带动水泵抽水。纽可门机的优点有:
第一,这种装置可以安放在地面上,而不必像塞维利那样,安装在井下面,很容易被谁淹没;
第二,避免了塞维利机用较大的压力的蒸汽来排水,使汽缸没有爆炸的危险;第三,效率有所提高,比同样塞维利机的效率提高了5陪多。
对纽可门机进行全面研究和改进的是英国工程师斯米顿(John Smeaton,1724—1792),1772年他编制了汽缸直径在72英寸以下的各种发动机部件的比例表,积累了大量有价值的数据和资料。他改造了锅炉,改进了点火、燃烧的方法,此外还设计制造了一部专用铣床,不断改进零件和制造工艺,特别是在汽缸的镗孔方面。
P193 瓦特对蒸汽机的重大改进
对纽可门机进行根本性变革的是英国格拉斯哥大学的仪器修理工瓦特(James Watt, 1736——1819)。1763年,格拉斯哥大学从伦敦买回一部纽可门机的模型,却运转不灵。于是瓦特开始着手修理这部机器,这实际是他的创造活动的开始。

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