Сидней Уитингтон - История инженерного дела. Важнейшие технические достижения с древних времен до ХХ столетия

Рис. 11.14. Объем производства электроэнергии компаниями США с начала до середины XX в.

Максимальная эффективность 30–40 процентов на больших тепловых станциях (по состоянию на середину пятидесятых годов) означала богатые возможности для усовершенствований. Сравнительно большие потери 50–70 процентов теплотворной способности топлива в основном обусловливали многоступенчатые методы, которые используются для преобразования химической энергии, накопленной в топливе миллионы лет назад, в электрическую энергию. Сначала химическая энергия преобразуется в тепловую, которая превращается в механическую, а та – в электрическую. Не так давно ученые стали получать электроэнергию непосредственно из солнечных лучей, генерируя около 100 ватт на квадратный ярд солнечной батареи. Это прямое получение электричества стало началом радикальных перемен в процессе производства электроэнергии. И конечно же, самым важным событием в области стационарных первичных двигателей является использование атомной энергии для производства электричества.

В истории электротехники, представленной в этой главе, подчеркиваются достижения Соединенных Штатов. Аналогичные события происходили и в Европе, и, за некоторыми исключениями, именно европейцам принадлежат самые важные фундаментальные открытия и ранние успехи прикладной науки. Это утверждение справедливо для телефона, радио, телевидения, генерирования и передачи электроэнергии. Как показано в этой главе, американский гений не был столь активен в фундаментальных исследованиях, как в инженерии. Именно инженерный гений американцев создал крупнейшую в мире электротехническую промышленность.

Так же как развитие связи и производства электроэнергии, появление эффективных транспортных систем во второй половине XIX и первой половине XX века стало важным фактором в политической, экономической и социальной революции, которая породила наше динамичное общество. Усовершенствованные перевозки продолжают быть фактором, изменяющим человеческие жизни. Более дешевая и быстрая транспортировка повышает политическое единство нации, централизацию политического контроля. Она продвигает культуру, распространяя информацию, расширяет территории крупных городов, облегчает организацию промышленности, способствует продвижению товаров, росту благосостояния и более высокого уровня жизни. Влияние транспортной системы на социальные условия так же велико, как и на политику. Транспорт оказал огромное влияние на распространение населения и на его концентрацию в больших городах. Передвижение населения в крупные города с середины XIX века – чрезвычайно важное социальное явление. Без эффективного транспорта такие метрополии, как Лондон и Нью-Йорк, не могли бы существовать, поддерживая современный уровень жизни. Доступный транспорт, в первую очередь в виде автомобилей, изменил темп жизни, увеличил мобильность населения. Транспорт также активизировал проникновение знаний, благодаря распространению всевозможных печатных изданий, сделал доступными удаленные образовательные центры, ликвидировал препятствия ко многим видам научных исследований.

Экономический эффект усовершенствованной транспортной системы был даже более выраженным, чем социальный. Эффективный транспорт доставляет членам сообщества многие блага, которые они не могли бы получить на месте. Он, как правило, снижает стоимость товаров для потребителей, потому что стоимость транспортировки сырья и товаров является частью конечной стоимости. Транспорт влияет также на аренду и стоимость земли. Улучшение транспорта может повысить стоимость земли в регионе, а ухудшение – снизить ее. В XIX веке, к примеру, стоимость сельскохозяйственных земель в США возрастала вдоль железных дорог, по мере их продвижения на запад. Другой пример увеличения стоимости земли – пригороды крупных городов, где оно обусловлено личными автомобилями и развитой сетью пригородного транспорта.

Существует пять основных видов транспорта: железнодорожный, водный, воздушный, автомобильный и трубопроводный, не считая транспортировку электричества, которая в некоторых случаях может считаться важным способом транспортировки топлива в виде энергии.

В развитых странах по железной дороге перевозится самое большое количество грузов. В 1950-х годах в США железнодорожным транспортом было перевезено 2,9 миллиарда тонн грузов, а по водным путям, включая импорт и экспорт, – 169 миллионов тонн. Железнодорожный тоннаж более чем в три раза превышал водный.

В главе 9 подробно рассказывается, как около 1830 года начинались современные паровые железные дороги в Англии и Соединенных Штатах, а немного позже – на европейском континенте. К 1860 году железные дороги уже действовали во всем мире, кроме Африки, Китая и Японии, но к 1883 году появились и на этих территориях. В Соединенных Штатах железные дороги во второй половине XIX века быстро продвигались на запад. Железная дорога Балтимор— Огайо достигла своей западной конечной точки в Уилинге, Вирджиния, в 1853 году. Дорога Чикаго – Рок-Айленд достигла Миссисипи в следующем году, но вскоре устремилась в Айову и даже к быстро развивающимся прериям на западе. За Великими равнинами первые инженеры уже активно искали проходы в почти непроходимых Скалистых горах, через которые можно было бы построить железную дорогу. Люди довольно быстро поняли и закрепили это положение в законодательном акте 1862 года о выделении железным дорогам земли, что кривые на таких дорогах должны иметь радиус не меньше 400 футов, а уклоны – не больше чем 2,2 процента (116 футов на милю). Это было осуществлено в Балтиморе и Огайо. Чтобы поезд продолжил движение на таком уклоне, требуется в 6,5 раза большее тяговое усилие – 8 фунтов на тонну, – чем на прямом, ровном пути. С самого начала было очевидно, что в горной стране, где не избежать крутых подъемов и спусков, надо будет строить гораздо более мощные локомотивы, но даже им придется давать в помощь дополнительные силовые устройства или впереди, или позади поезда.

Первая из тринадцати железнодорожных линий в США и Канаде, пересекших Скалистые горы, – Юнион Пасифик. Она встретилась с Сентрал Пасифик, которая двигалась на восток, в Промонтори-Пойнт, Юта, в 1869 году. В честь этого была проведена специальная церемония с использованием золотого шипа. Две линии стали сквозной железной дорогой от Омахи, Небраска, что на реке Миссури, до Тихоокеанского побережья в районе Сакраменто, Калифорния. В период с 1869 до 1914 года через Скалистые горы было построено еще двенадцать линий. В целом строительство железных дорог по всему миру шло весьма энергично с 1860 года до первого десятилетия XX века, но около 1915 года оно замедлилось, и некоторые линии были заброшены, особенно в Соединенных Штатах. Это было вызвано конкуренцией со стороны других видов транспорта, и после 1920 года протяженность железнодорожных путей несколько снизилась. Однако после 1860 года во всех областях железнодорожного строительства было сделано немало инженерных открытий.