Взаимодействие экономики и техники в промышленной революции
История паровой машины показывает, что необходимые предпосылки для промышленной революции имелись как в экономике, так и в технике; в экономике — в том смысле, что текстильная промышленность разрослась настолько, что могла обеспечить спрос расширившегося рынка на потребительские товары; в технике — в том смысле, что новые машины были единственным средством получения угля и движущей силы, а в конечном счете — и обеспечения транспорта, без которого никакое расширение текстильной промышленности не было бы возможным.
Большая часть усовершенствований паровой машины была осуществлена механиками - практиками без какой - либо серьезной помощи со стороны науки. Работа этой машины привлекала, однако, к себе внимание многих ученых, желавших понять ее и даже мечтавших ее улучшить. Такое изучение паровой машины имело результатом значительно более глубокое понимание свойств газов и паров, необходимое для составления таблиц пара, и должно было привести к новой общей концепции в физике, теоретически приравнивающей механическую силу и теплоту (подобно тому как паровая машина уже сделала это на практике), объединив их общим термином «энергия».
Упрочение теории теплорода
Как это ни парадоксально, но именно Франция, где паровая машина представляла собой импортированное из - за границы новшество, а не Англия, где она родилась, первой начала серьезное научное изучение ее действия как средства превращения теплоты в механическую работу. Основная трудность заключалась в преодолении традиционного представления о теплоте. Как мы уже видели, теплоту путали с огнем; даже необходимая для жизни животного теплота приписывалась невидимому огню. В XVIII веке она рассматривалась как материальная субстанция, «субстанция теплоты» Блэка, которую Лавуазье позднее окрестил «теплородом». Хотя попытки взвесить ее потерпели неудачу, это говорило только о том, что она представляла собой невесомую жидкость, подобную электричеству или свету. Лавуазье показал, что такая концепция находилась в полном согласии с его идеей получения теплоты посредством химических соединений, в частности соединением с кислородом при горении или в живом организме.
Тем не менее одновременно существовало также и совершенно другое традиционное представление о теплоте как о форме движения, а не как о субстанции, и такое представление было даже еще более ранним. Опыт многих столетий по получению огня трением и использование кузнечного молота показали, что сила могла быть превращена в теплоту; к тому времени паровая машина доказала, что теплота в свою очередь могла быть превращена в силу. Однако для того, чтобы выявить количественную взаимосвязь между теплотой и механической работой, также потребовалась паровая машина, машина «для подъема воды с помощью огня».
Первая паровая машина Ньюкомена чуть не потерпела неудачу, поскольку количество полученной от нее работы едва могло оплатить потреблявшийся ею уголь, который в местах, отдаленных от шахт или морского побережья, был очень дорог. Лошадь могла сделать ту же самую работу дешевле. Сам Уатт, чтобы определить ту сумму, которую он собирался взимать за использование его машин, измерил количество работы, выполняемой лошадью, в футо - фунтах (килограмметрах) в единицу времени и выразил мощность машин в своей новой универсальной единице — лошадиной силе. Для того чтобы продать свои машины, фирма Болтон и Уатт изобрела остроумный способ, предложив установить и обслуживать их бесплатно, но взимать в свою пользу отчисления в размере одной трети экономии в стоимости топлива — или корма — по сравнению со стоимостью топлива — или корма, — необходимого для эксплуатации машины Ныокомена или лебедки с конским приводом.
Обратное превращение лошадиной силы в теплоту было впервые продемонстрировано в 1798 году графом Румфордом в Мюнхене. Всегда интересуясь явлением теплоты, в частности в связи с ее экономическим использованием, он первый заметил, а затем и измерил теплоту, непрерывно выделявшуюся при сверлении пушек. Показав, что из ограниченного количества материи может быть получено неограниченное количество теплоты, он успешно опроверг материальную теорию теплоты, но этого было еще недостаточно, чтобы утвердить противоположную теорию.