Janusz Myszczyszyn
Wpływ maszyny parowej na rozwój gospodarczy świata w XIX i XX w.
Abstrakt:
Rewolucja przemysłowa zapoczątkowana w Anglii w XVIII w., zwana także przewrotem technicznym, otworzyła przed Anglią, Europą i całym światem nowy etap w dziejach ludzkości – rozwój nowej formacji społeczno-ekonomicznej, kapitalizmu. Jednocześnie prekursorzy zmian (głównie Anglia, Stany Zjednoczone, Francja, Niemcy) stały się wyjątkowo szybko mocarstwami gospodarczymi. Zmiany te nie były możliwe, gdyby nie dwie innowacje: wynalezienie i zastosowanie w różnych dziedzinach maszyny parowej oraz użycie koksu do wytopu żelaza. Innowacje te można uznać za najbardziej istotne dla pierwszej i drugiej fazy uprzemysłowienia świata. Stąd autor w niniejszym artykule przedstawił mnogość zastosowań maszyny parowej i oddziaływanie tej innowacji na rozwój gospodarczy ówczesnego i współczesnego świata.
Abstract:
Industrial revolution started in England in the eighteenth century, also called a technical revolution, opened by England, Europe and the world a new stage in the history of mankind – the development of a new socio-economic formation, capitalism. At the same time, changes precursors (primarily England, United States, France, Germany) have become extremely fast economic powers.
These changes have not been possible had it not been for two innovations: the use of coke for iron smelting and the invention and application in various fields of steam machinery. These innovations can be regarded as the most important for first and second phases of industrialization.
Author in this article presented a multitude of uses steam machinery and the impact of this innovation for economic development and then the modern world.
Niemal wszyscy znamy pojęcie rewolucji przemysłowej zapoczątkowanej w Anglii w XVIII w. [1] Następstwem rewolucji był nowy etap w dziejach ludzkości – industrializacja. Na jej przebieg istotny wpływ miały dwa wynalazki: użycie koksu do wytopu żelaza oraz wynalezienie i zastosowanie w różnych dziedzinach maszyny parowej.
Maszyna parowa należy do wyjątkowych wynalazków. W epoce nowych technologii jej znaczenie często nie jest doceniane – a wprost zapomniane.
Celem niniejszego artykułu jest popularyzacja wiedzy z zakresu historii gospodarczej, ze szczególnym uwzględnieniem zmian, jakim początkowo podlegała gospodarka Europy oraz Stanów Zjednoczonych, a później także innych części świata w XIX i XX w.
Autor stawia hipotezę, że maszyna parowa wpłynęła w zasadniczy sposób na przebieg rewolucji przemysłowej, rozwój kapitalizmu i rozwój gospodarczy świata. Maszyna parowa przyczyniła się także do zmiany stylu życia całych społeczeństw, dając jednocześnie impuls do dalszego rozkwitu gospodarki światowej.
Pierwsze próby – zastosowanie w górnictwie
Zastosowanie koksu do wytopu żelaza skutkowało rosnącym popytem na węgiel i metale. Człowiek zintensyfikował ich wydobycie. Poważnym problemem związanym z pozyskiwaniem węgla było zalewanie kopalń wodą. Stanowiło to zasadniczą trudność i ograniczało możliwości wydobycia. Można powiedzieć, że było to „wąskie gardło”. Aby je zlikwidować, człowiek dążył do zastosowania maszyny jako alternatywy pracy rąk ludzkich. Pod koniec XVII w. podejmowano wiele prób zastosowania pompy o napędzie parowym, ale kończyły się one niepowodzeniem [2].
Urzeczywistnieniem dążeń człowieka była w końcu konstrukcja silnika parowego. Silnik taki zbudował około 1710 r. angielski handlarz drobnymi wyrobami żelaznymi i druciarz – Thomas Newcomen. [3]
Newcomen z racji wykonywanego zawodu był dobrze obeznany z problemami rozwijającego się górnictwa. Silnik stanowił zwieńczenie jego wieloletnich prób – nie był jeszcze na tyle doskonały, aby znaleźć powszechne zastosowanie, ale do tego brakowało tylko kilku lat pracy.
Cylinder takiej maszyny wykonany był z mosiądzu (później zastąpiono go żelazem). Miedziany kocioł napełniony wodą był podgrzewany. W wyniku podgrzewania para wodna, zbierająca się w cylindrze, unosiła tłok w górę. Kiedy tłok osiągnął najwyższe położenie, do cylindra kierowana była rozpylona woda, która obniżała ciśnienie, co skutkowało powrotem tłoka do pozycji wyjściowej. Cylinder musiał być raz podgrzewany, raz schładzany. Należało jeszcze zwiększyć sprawność takiego silnika.
Pierwsze zastosowanie silnika parowego Newcomena w postaci pompy parowej nastąpiło już w 1712 r. w kopali węgla w Staffordshire (patrz mapa obok). Silnik miał mosiężny cylinder o średnicy 21 cali (53,34 cm), 7 stóp i 10 cali wysokości (około 2,4 m). Tłok w ciągu jednej minuty podnosił się 12 razy, wypompowując za każdym razem 10 galonów (około 37,7 l) wody z głębokości 51 jardów (około 46,6 m). Silnik znalazł szybko zastosowanie w kopalniach w Griff koło Coventry (1714 r.), w Bilston (1714 r.), w Leeds, Harwarden koło Flintshire (1714/15 r.) oraz Whitehaven (1715 r.).
Pierwsza maszyna Newcomena na kontynencie europejskim została uruchomiona w kopalni srebra w Bańskiej Szczawnicy (1722 r.) na terenie dzisiejszej Słowacji [4].
Silnik był, niestety, wielki (często wymagał osobnego pomieszczenia), niewygodny w użyciu, drogi w eksploatacji (zużywał mnóstwo paliwa) [5] – tak można go dziś ocenić [6]. Natomiast, co ważne, był skuteczny w działaniu (usuwaniu wody w kopalniach) i zastępował pracę wielu ludzi, będąc w tym sensie nieporównywalnie wydajniejszym.
Poza górnictwem szybko znalazł zastosowanie do podnoszenia poziomu wody, gdy jej naturalny spadek był zbyt mały, by poruszać koło wodne. Silnik parowy wykorzystywany był również w publicznych sieciach wodociągowych.
Dalsze eksperymenty i usprawnienia maszyny parowej – zastosowanie w innych gałęziach gospodarki
Wynalazek Newcomena (zm. 1729 r.) przeżył jego twórcę, wymagał jednak dalszych usprawnień. W latach sześćdziesiątych XVIII w. technik laboratoryjny na Uniwersytecie w Glasgow – James Watt (1736-1819) otrzymał zlecenie naprawy silnika Newcomena. Watt przeprowadził szereg eksperymentów, które znacznie podniosły sprawność maszyny. W 1769 r. opatentował skraplacz pary, który eliminował konieczność podgrzewania i schładzania cylindra. Opatentowanie przez John’ego Wilkinsona nowej wytaczarki do wyrobu luf armatnich zaowocowało możliwością wykonania cylindrów o bardziej gładkiej powierzchni. W 1775 r. spółka Watta i Boultona rozpoczęła produkcję silników parowych na sprzedaż.
Pompy Watta pracowały w kopalniach (głównie cyny w Kornwalii) i hutach oraz w przemyśle tekstylnym jako urządzenia pomocnicze. W 1785 ruszyła pierwsza przędzalnia o napędzie parowym. Pod osobistym nadzorem Watta w Londynie uruchomiono w 1786 roku młyny parowe. W roku 1800 w przemyśle bawełnianym pracowały już 84 maszyny Watta [7].
Modernizacja silnika dokonana przez Watta przyczyniła się do oszczędności w zużyciu paliwa oraz do zwiększenia sprawności maszyny. Dalsze ulepszenia zastosowane przez Watta – m.in. regulator prędkości silnika, możliwość zmiany ruchu tłoka z postępowo-zwrotnego na obrotowy – umożliwiły wykorzystanie urządzenia w innych gałęziach gospodarki: przy mieleniu ziarna, przędzeniu bawełny [8].
W roku 1800 na terytorium Wielkiej Brytanii pracowało ponad 500 silników J. Watta i kilkadziesiąt sztuk na kontynencie europejskim.
Stopniowe udoskonalanie maszyny parowej, a także powstanie innych wynalazków (przędzarka, mechaniczne krosno i inne) doprowadziło do rozwoju nauk – w tym ekonomii. Dzieło A. Smitha „Badania nad naturą i przyczynami bogactwa narodów” (1776 r.) stało się fundamentem ekonomii klasycznej [9]. Smith, oprócz tego, że wziął pod uwagę zastosowanie wynalazków, źródeł dobrobytu szukał także w podziale i specjalizacji pracy, rzucając nowe światło na proces bogacenia się narodów [10].
Maszyna parowa w transporcie – kolejne zastosowanie
Dzięki zastosowaniu pompy parowej, przy jednoczesnym zastosowaniu koksu do wytopu żelaza, rozwój przemysłu węglowego w wieku XVIII w Anglii stał się faktem.
Z czasem powstał problem dotyczący transportu znacznych ilości węgla. Początkowo węgiel dostarczano do głównego szybu, wykorzystując sanie transportowe i pracę rąk ludzkich (głównie kobiet i dzieci). Już w XVII w. w niektórych kopalniach stosowano do transportu tory i szyny oraz zwierzęta (kucyki, konie). Na początku wieku XIX wykorzystano stacjonarne maszyny parowe do wciągania pustych wagonów do góry [11].
Konstruktorzy stanęli przed kolejnym wyzwaniem – produkcją silnika lokomotywowego. W 1801 r. inżynier z Kornwalii – Richard Trevithick (1771-1833) zaprojektował silnik wysokoprężny. Niestety, jego ciężar sprawiał, że nawierzchnie dróg, po których poruszała się lokomotywa, były bardzo niszczone. W 1804 r. Trevithick zbudował parowóz szynowy, który wykorzystany został do obsługi linii kolejowej w zagłębiu węglowym w Walii Południowej. Linia kolejowa o długości 15 km obsługiwana przez jego parowozy używana była do transportu ludzi (robotników) oraz ładunku (około 20 ton). Problemem był ciężar maszyny i słaba jakość żelaza użytego do budowy szyn.
Rys. 1. Parowóz “Rocket” G. Stephensona z 1829 r., Liverpool & Manchester Rly.[12]
Największy sukces w dalszej modernizacji parowozu odniósł Georg Stemphenson (1781-1848). Zatrudniony jako mistrz parowozowy, był on samoukiem. W 1813 r. skonstruował stacjonarną maszynę parową z linami do przewożenia pustych wagoników na węgiel. Później skutecznie przekonywał organizatorów linii kolejowej, aby zamiast koni użyli jego lokomotywy (1825 r.). Już w 1830 r. Oddano do użytku pierwszą publiczną kolejową linię towarową pomiędzy miastami Liverpool i Manchester (około 52 km).
Parowóz z urządzeniami pomocniczymi oraz żelazne (lub stalowe) szyny stanowiły kwintesencję rozwoju gospodarczego XIX w. Były to wyraźne symbole industrializacji tamtych czasów.
Brak transportu kolejowego stanowił główną przeszkodę w procesie industrializacji Europy i Stanów Zjednoczonych. Ze względu na brak naturalnych dróg wodnych oraz z racji dużych odległości wielu przemysłowców – ograniczając się jedynie do rynków lokalnych – nie mogło wykorzystywać korzyści płynących ze skali produkcji.
Najlepiej rozwój sieci kolejowych obrazuje poniższa tabela (tab. 1) oraz rysunek (rys. 1).
Kolej oferowała tańsze, szybsze i bardziej niezawodne przewozy, ponadto okres budowy kolei ożywił gospodarki [13].
Zdecydowane pierwszeństwo w budowie i rozwoju sieci przypada Anglii, w której do 1850 r. wybudowano ponad 25% całej sieci kolejowej i niemal tyle, co w pozostałych krajach europejskich.
Rys. 2. Długość linii kolejowych w wybranych krajach (w km) w latach 1840-1914
Źródło: opracowanie własne
Rozwój linii kolejowych w Anglii szybko rozprzestrzenił się na Europę i Stany Zjednoczone.
We Francji, na obszarze Austro-Węgier, w Stanach Zjednoczonych w 1830 roku istniały krótkie linie kolei konnej.
W późniejszym okresie Stany Zjednoczone prześcignęły w budowie kolei i Anglię, i pozostałe kraje europejskie.
Dla przykładu: w 1840 r. w USA linie kolejowe miały długość 4510 km, w ciągu 30 lat wybudowano ponad 80 tys. km nowych dróg szynowych (średnio ponad 2670 km rocznie), kolejne 44 lata to przyrost o blisko 326 tys. km (średnio 7400 km rocznie)! Inwestorami byli prywatni przedsiębiorcy, ale także państwo i samorządy lokalne. Standard linii kolejowych był bardzo zróżnicowany.
Pierwsze parowozy, w tamtych czasach wspaniałe, w rzeczywistości były niewielkich rozmiarów. Stałe ulepszanie doprowadziło na przełomie wieków XIX i XX do budowy wielkich maszyn, ale tutaj zaczynają się już pojawiać konkurencyjne dla parowozów lokomotywy o napędzie spalinowym i elektrycznym.
Innym ważnym zastosowaniem silnika parowego było użycie go przy budowie statków. Parowce jednak odegrały swoją rolę w rozwoju handlu i przemysłu dopiero pod koniec XIX w.
Dalsza ekspansja maszyny parowej – „oświetlenie świata”
Przez kolejne 50 lat XIX w. dokonano znaczącego postępu w produkcji silników parowych. Przyczyny takiego stanu rzeczy to: zastosowanie lżejszych i wytrzymalszych metali, użycie precyzyjniejszych narzędzi mechanicznych, wyższy poziom wiedzy naukowej.
Moc i efektywność silników wzrosła do 40-50KM, a nawet wynosiła 250KM. Moc cieplna była trzykrotnie wyższa niż silników J. Watta. Zaczęto używać silników sprzężonych dwu- i trzysuwowych. W 1860 r. moc wielkiego, sprzężonego silnika parowego przekraczała 1000 KM.
Pod koniec XIX w. osiągnięto granicę możliwości silnika parowego o mocy 5000 KM.
Szacuje się, że w 1850 r. we Francji było ponad 5000 stałych silników parowych, w Belgii i Niemczech po 2000, w Monarchii Austro-Węgierskiej – 1200. W Stanach Zjednoczonych w 1838 r. było mniej niż 2000 maszyn parowych [14].
Kolejnym wyzwaniem dla człowieka i skonstruowanej przez niego maszyny parowej było jej użycie w wytwarzaniu elektryczności.
Samo zjawisko elektryczności było obserwowane przez ludzi od dawna, jednak do XVIII w. traktowano je jako ciekawostkę. Wynalezienie ogniwa galwanicznego (1780 r. – Luigi Galvani), odkrycie elektrolizy (1807 r. – Humphry Davy), badania Hansa Oersteda, Davy’ego Faradaya i Andrẻ Amprerẻ’a umożliwiły praktyczne zastosowanie tejże elektryczności. Problemem było jednak wynalezienie efektywnej prądnicy.
W 1873 r. w południowo-wschodniej Francji zastosowano turbinę wodną w połączeniu z dynamomaszyną.
W latach osiemdziesiątych XIX w. wynaleziono i udoskonalono turbinę parową [15]. Skutek był taki, że moc pojedynczego urządzania wzrosła do niewyobrażalnych 136 tys. KM.
Wynalazek ten w kolejnej dekadzie uniezależnił wytwarzanie energii elektrycznej od energii wodnej – kosztem węgla i pary wodnej.
Energia elektryczna znalazła praktyczne zastosowanie w wielu dziedzinach – dla przykładu używano jej w przemyśle galwanizacyjnym, w telegrafii, do oświetlania domów, fabryk, magazynów, teatrów itd.
Udoskonalenie żarowych lamp elektrycznych przez Josepha Swana i Thomasa Edisona spowodowało duże ożywienie w przemyśle elektrycznym. Nastąpiło rzeczywiste „oświetlenie świata”. W dalszej kolejności zaczęto używać energii elektrycznej do napędzania silnika elektrycznego, tramwajów elektrycznych, do produkcji energii cieplnej.
Świat końca XIX w. i początku XX w. mógł być z siebie dumny i rzeczywiście był dumny! Wcześniejsze epoki w rozwoju cywilizacji zaczęły być odtąd postrzegane jako prymitywne [16].
Wnioski
Zastosowanie maszyny parowej w różnych dziedzinach przemysłu oraz w komunikacji umożliwiło zwiększenie produkcji przemysłowej, jak również ułatwiło penetrację gospodarczą i polityczną innych, odległych nawet części świata.
Proces industrializacji, szybkiego wzrostu produkcji stał się faktem.
Europa odgrywała w tym czasie rolę przodującą, trwała też jej ekspansja na inne kontynenty.
Z czasem wzrastała rola gospodarcza i polityczna państw kontynentu amerykańskiego, szczególnie Stanów Zjednoczonych.
Rozwój nowych gałęzi przemysłu i powstanie klasy robotniczej w przyspieszonym tempie sprawiło, że zwiększyła się liczba ludności świata. Fakt, że na przyrost demograficzny miały też wpływ inne okoliczności (poza industrializacją), ale z całą pewnością rozwój gospodarczy był istotnym czynnikiem wzrostu liczby ludności – zarówno na wyspach brytyjskich, jak i na kontynencie europejskim (tab. 2).
Tabela 2. Ludność Anglii, Walii oraz Wielkiej Brytanii w latach 1750, 1800, 1850 (w mln)
Rozwijający się kapitalizm wolnokonkurencyjny stopniowo wypierał relikty feudalizmu.
Od końca XIX wieku można obserwować rozwój społeczeństwa industrialnego.
Gospodarka już nie koncentruje się tylko na produkcji żywności, ale na poszukiwaniu, wydobyciu i przetworzeniu surowców (np. węgiel, ropa, żelazo) oraz na produkcji dóbr konsumpcyjnych. Udział rolnictwa w tworzeniu PKB stopniowo maleje, choć również ta gałąź gospodarki podlega zmianom i postępowi, co skutkuje coraz mniejszym odsetkiem ludności zatrudnionej w tym sektorze.
Wzrasta wydajność, nawet kilkudziesięciokrotnie w ciągu osiemdziesięciu lat, co – w porównaniu z paroma tysiącami lat społeczeństwa agrarnego – wydaje się niewiarygodne w tak krótkim okresie.
Ludność masowo przemieszcza się z obszarów wiejskich do miast. W wyniku masowej produkcji dostęp do dóbr konsumpcyjnych, dawniej uważanych za luksusowe i zastrzeżone dla najbogatszych, staje się powszechny.
Zmienia się diametralnie styl życia. A u podstaw tych zmian leży maszyna parowa, której zastosowanie w różnych dziedzinach gospodarki narodowej (górnictwo, przędzalnictwo, transport, elektryczność) zrewolucjonizowało proces produkcji.
Dlaczego akurat maszyna parowa, mimo ery innych wynalazków? Bowiem maszyna parowa stała się nieograniczonym źródłem energii!
Człowiek przestał być najważniejszym źródłem energii, a zatem stracił atrybut, który decydował o jego przydatności dla społeczeństwa. Zdolność wykonywania prac wymagających użycia energii ludzkiej przestała być potrzebna, ponieważ maszyny wykonywały te czynności lepiej, szybciej i taniej.
Człowiek ciągle był potrzebny w nowym społeczeństwie, ale zmieniła się jego rola. Ważnym i niezastąpionym atrybutem człowieka stała się inteligencja, doświadczenie, wiedza rozumiana jako zdolność podejmowania właściwych decyzji. Ludzka inteligencja była konieczna do posługiwania się maszynami w pracy, do korzystania z dóbr konsumpcyjnych. To przyczyniało się do rozwoju nauki, kształcenia, do kolejnych ulepszeń.
Nauka obejmująca różne dyscypliny była zarówno praktyczna, jak i przekazywalna [17].
Podsumowując – rewolucja przemysłowa zapoczątkowana w Anglii dała podwaliny nowej formacji społeczno-ekonomicznej – kapitalizmu oraz wpłynęła na rozwój autonomicznej dziedziny nauki – ekonomii. I choć dziś człowiek znajduje się na kolejnym etapie rozwoju – w erze postindustrialnej – powinien pamiętać, że to maszyna parowa i mnogość jej zastosowań zmieniła świat na zawsze.
Janusz Myszczyszyn
Doktor, Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie
Bibliografia:
1. http://www.newcomen.com/thomas.htm
2. http://en.wikipedia.org/wiki/Stephenson%27s_Rocket
3. Bratkowski S., Nowa historia cywilizacji. Dzieje banków, bankierów, obrotu pieniężnego, Wydawnictwo serii „Biblioteka Nowoczesności”, Warszawa, 2003 r.
4. Cameron R., Neal L., Historia gospodarcza świata od paleolitu do czasów najnowszych. KiW, Warszawa
5. Kryściak E., Rewolucja przemysłowa w Anglii, http://historicus.pl/content/view/110/47/
6. Mitchell B., European Historical Statistics 1750-1970, New York 1975
7. Mitchell B., Deana P., Abstract of British Historical Statistics, Cambridge, 1962
8. Historical Ststistics of the United States of America, Colonial Times to 1957, Washington 1960
9. Saunders A., Word Population, Past Growth and Present Trends, Oxford, 1936
10. Szpak J., Historia gospodarcza świata, PWE, Warszawa, 2003 r.
Przypisy:
[1] Szpak J., Historia gospodarcza świata, PWE, Warszawa, 2003 r. , Cameron R., Neal L., Historia gospodarcza świata od paleolitu do czasów najnowszych. KiW, Warszawa, 1996 r.
[2] W zasadzie już w 1698 inżynier wojskowy Thomas Savery opatentował pompę parową, która była użyta w kopalniach cyny w Kornwalii. Miała ona jednak wiele wad, w tym skłonność do eksplodowania.
[3] http://www.newcomen.com/thomas.htm
[4] W Polsce (na ziemiach polskich) pierwszą maszynę Newcomena uruchomiono w 1788 r. w Tarnowskich Górach (kopalnia srebra).
[5] Z paliwem w kopalniach, np. węgla, nie było większego problemu, ale w innych zastosowaniach – niekoniecznie.
[6] Cameron R., Neal L., Historia gospodarcza świata od paleolitu do czasów najnowszych. KiW, Warszawa, 1996r., s.186
[7] Kryściak E., Rewolucja przemysłowa w Anglii, http://historicus.pl/content/view/110/47/
[8] Pierwsza maszyna przędzalnicza poruszana przez pompę parową została wykonana w 1785 r.
[9] Pierwsze polskie wydanie dzieła A. Smitha ukazało się w 1954 r.
[10] Pierwszy zwarty nurt ekonomiczny to merkantylizm. Niektórzy jego przedstawiciele uważali, że źródłem bogactwa są kruszce oraz dodatnie saldo obrotów handlowych z zagranicą.
[11] Wagoniki wypełnione węglem toczyły się w dół pod własnym ciężarem
[12] http://en.wikipedia.org/wiki/Stephenson%27s_Rocket
[13] Wzrastał bowiem popyt na żelazo, węgiel, drewno, cegły, maszyny, a także na pracę ludzką.
[14] Zob. Cameron …op.cit. s. 208
[15] Ch. Parson i C.Gustaw-de Lavala.
[16] Por. Bratkowski S., Nowa historia cywilizacji. Dzieje banków, bankierów, obrotu pieniężnego, Wydawnictwo serii „Biblioteka Nowoczesności”, Warszawa, 2003 r., s. 25
[17] http://www.kti.ae.poznan.pl/specials/nhdr2002/raport/2_przemiany_spoleczne/2.1p_cellary_przemiany_spoleczne.htm
——————————————————————————————–
Materiał udostępniany na zasadach licencji
Creative Commons 2.5
Uznanie autorstwa-Użycie niekomercyjne
-Na tych samych warunkach 2.5 Polska
——————————————————————————————–