Janusz Myszczyszyn
Maszyna parowa a rozwój gospodarczy świata

(Steam engine and the development of world economic)

Słowa kluczowe: maszyna parowa, rewolucja przemysłowa, industrializacja.

Keywords: steam engine, industrial revolution, industrialization.

Niemal wszyscy znany pojęcie „rewolucji przemysłowej” zapoczątkowanej w Anglii w XVIII w [1] . Dla nowego etapu w dziejach ludzkości (industrializacji) istotny wpływ miały dwie innowacje: użycie koksu do wytopu żelaza oraz wynalezienie i zastosowanie maszyny parowej.

Maszyna parowa należy do wyjątkowych wynalazków. Jej znaczenie często nie jest doceniane. Celem niniejszego artykułu jest popularyzacja wiedzy z zakresu historii gospodarczej. Autor zakłada hipotezę badawczą , że maszyna parowa wpłynęła w zasadniczy sposób na przebieg rewolucji przemysłowej i rozwój kapitalizmu. Maszyna parowa przyczyniała się także do zmiany stylu życia całych społeczeństw począwszy od XVIII w.

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 zasadniczy problem i poważnie ograniczało możliwości wydobycia, można powiedzieć, ze było to „wąskie gardło”. Podejmowano wiele prób, aby temu zaradzić, ale próby kończyły się niepowodzeniem [2].

Pierwszy silnik parowy zbudował angielski handlarz drobnymi wyrobami żelaznymi i druciarz T. Newcomen około 1710 r. [3]

Newcomen z racji wykonywanego zawodu był dobrze obeznany z problemami rozwijającego się górnictwa. Było to zwieńczenie jego wieloletnich prób. Silnik 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 zastąpiony 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 pracować nad sprawnością takiego silnika.

Pierwsze zastosowanie silnika parowego Newcomena w postaci pompy parowej nastąpiło już w 1712 r. w kopali węgla w Staffordshire (patrz mapa powyżej). Silnik miał mosiężny cylinder o średnicy 21 cali (53,34 cm), 7 stóp i 10 cali wysokości (około2,4 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 ); w Bilston ( 1714); w Leeds, Harwarden koło Flintshire (1714/15); Whitehaven (1715).

Pierwsza maszyna Newcomena na kontynencie była 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 dziś ocenić [6]. Natomiast, co ważne, był skuteczny w działaniu (usuwaniu wody w kopalniach) pod warunkiem zapewniania odpowiedniej sprawności.

Znalazł zastosowanie obok górnictwa do podnoszenia poziomu wody, gdy naturalny spadek wody był zbyt mały, by poruszać koło wodne. Silnik znalazł również zastosowanie w publicznych sieciach wodociągowych.

Dalsze eksperymenty z silnikiem Newcomena – zastosowanie w innych gałęziach gospodarki

Wynalazek Newcomena (zm. 1729 r.) przeżył jego twórcę, natomiast wymagał 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. Skraplacz 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 przez Watta przyczyniła się do oszczędności w zużyciu paliwa oraz do zwiększenia sprawności maszyny. Dalsze ulepszenia zastosowane przez Watta m.in. regulatora prędkości silnika, możliwości zmiany ruchu tłoka z postępowo-zwrotnego na obrotowy umożliwiły wykorzystanie silnika w innych gałęziach gospodarki – przy mieleniu ziarna, przędzeniu bawełny [8].

W 1800 r na terytorium Wielkiej Brytanii pracowało ponad 500 silników J.Watta i kilkadziesiąt sztuk na kontynencie europejskim.

Doskonalenia maszyny parowej, a także inne wynalazki (przędzarka, mechaniczne krosno i inne) doprowadziły do rozwoju nauk (w tym ekonomii) a dzieło A. Smitha „Badania nad naturą i przyczynami bogactwa narodów” (1776 r.), stało się fundamentem ekonomii klasycznej. Smith oprócz zastosowania wynalazków bogactwa narodów szukał w podziale i specjalizacji pracy, rzucając nowe światło dotyczące bogacenia się narodów [9].

Maszyna parowa a transport – 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 inny 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 [10]. Konstruktorzy stanęli przed kolejnym wyzwaniem – produkcją silnika lokomotywowego. W 1801 r. inżynier z Kornwalii Richard Trevithick (1771-1833) zaprojektował silnik wysokoprężny, niestety ciężar sprawiał, że nawierzchnie dróg po których poruszała się lokomotywa były bardzo niszczone. W 1804 r. Trevithick zbudował parowóz szynowy, który wykorzystany był 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) i ładunku (około 20 ton). Problemem był ciężar maszyny i słaba jakość żelaza użytego do szyn.

[11]

Największy sukces w dalszej modernizacji parowozu odniósł Georg Stemphenson (1781-1848). Georg zatrudniony jako mistrz parowozowy był 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.). W 1830 r. oddano pierwszą publiczną kolejową linię towarową pomiędzy miastami Liverpool i Manchester (około 52 km).

Parowóz z urządzeniami pomocniczymi, żelazne (lub stalowe) szyny stanowią 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 dużych odległości wielu przemysłowców nie mogło wykorzystywać korzyści skali produkcji, ograniczając się jedynie do rynków lokalnych.

Najlepiej rozwój sieci kolejowych obrazuje poniższa tabela (Tab. 1)

Kolej oferowała tańsze, szybsze i bardziej niezawodne przewozy, ponadto okres budowy kolei ożywił gospodarki [12].

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.

We Francji, Austro-Węgrzech, Stanach Zjednoczonych w 1830 istniały krótkie linie kolei konnej. W późniejszym okresie Stany Zjednoczone prześcignęły w budowie kolei nawet Anglię. Inwestorami byli prywatni przedsiębiorcy, ale także państwo, samorządy lokalne. Standard linii kolejowych był bardzo zróżnicowany. Pierwsze parowozy, w tamtych czasach wspaniałe, w rzeczywistości były niewielkich rozmiarów. Stałe ulepszania doprowadziły do budowy na przełomie wieków XIX i XX wielkich maszyn, ale tutaj już zaczynają się pojawiać konkurencyjne dla parowozów lokomotywy o napędzie spalinowym i elektrycznym.

Innym ważnym zastosowaniem silnika parowego było użycie przy budowie statków. Parowce jednak odegrały rolę w rozwoju handlu i przemysłu dopiero pod koniec XIX w.

Ekspansja maszyny parowej na przykładzie kontynentu europejskiego i USA – „oświetlenie świata”

Przez kolejne 50 lat dokonano znaczącego postępu w produkcji silników parowych. Duża zasługa takiego stanu rzeczy to zastosowanie lżejszych i wytrzymalszych metali, 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. W1860 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, monarchii austro-węgierskiej 1200. W Stanach Zjednoczonych w 1838 r. było mniej niż 2000 maszyn parowych [13].

Kolejnym wyzwaniem człowieka i skonstruowanej przez niego maszyny parowej było jej użycie w wytwarzaniu elektryczności.

Samo zjawisko elektryczności było obserwowane przez człowieka od dawna, jednak do XVIII w. traktowano to jako ciekawostkę. Wynalezienie ogniwa galwanicznego (1780 r. Luigi Galvani), odkrycie elektrolizy (1807 r. Humphry Davy) badania Hansa Oersteda, Davy’ego Faradaya, Andrẻ Amprerẻ’a umożliwiły zastosowanie elektryczności, problemem jednak było 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 [14]. 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.

A energia elektryczna znalazła praktyczne zastosowanie w wielu dziedzinach, dla przykładu używano jej w przemyśle galwanizacyjnym, telegrafii, do oświetlania domów, fabryk, magazynów, teatrów itd. Udoskonalenie żarowych lamp elektrycznych przez Josepha Swana i Thomasa Edisona sprawiło duże ożywienie w przemyśle elektrycznym. Nastąpiło rzeczywiście „oświetlenie świata”. W dalszej kolejności energii elektrycznej zaczęto używać do napędzania silnika elektrycznego, tramwajów elektrycznych, do produkcji energii cieplnej.

Wnioski

Zastosowanie maszyny parowej w różnych dziedzinach przemysłu oraz w komunikacji umożliwiło zwiększenie produkcji przemysłowej, jak też ułatwiło penetrację gospodarczą i polityczną innych, odległych nawet części świata.

Europa odgrywała w tym czasie rolę przodującą; trwała też jej ekspansja na inne kontynenty.

Wzrastała rola gospodarcza i polityczna państw kontynentu amerykańskiego, szczególnie Stanów Zjednoczonych.

Nowe gałęzie przemysłu, powstanie klasy robotniczej, w przyspieszonym tempie sprawiało, że zwiększała się liczba ludności świata. Fakt, że na przyrost demograficzny miały też wpływ inne czynniki (poza industrializacją), ale z całą pewnością rozwój gospodarczy był czynnikiem istotnym wzrostu liczby ludności zarówno na wyspach brytyjskich, jak i na kontynencie europejskim (tab. 2).

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, przetworzeniu surowców (np. węgiel, ropa, żelazo) i produkcji dóbr konsumpcyjnych.

Wzrasta wydajność (nawet kilkudziesięciokrotnie w ciągu osiemdziesięciu lat), co wydaje się niewiarygodnie w tak krótkim okresie w porównaniu z paroma tysiącami lat społeczeństwa agrarnego.

Ludność masowo przemieszczała się z obszarów wiejskich do miast. W wyniku masowej produkcji dóbr dostęp do dóbr konsumpcyjnych, dawniej uważanych za luksusowe i zastrzeżone dla najbogatszych staje się powszechny. Zmienił się diametralnie styl życia. A u podstaw tych zmian leżała 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 stanowił 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 niezastępowalnym atrybutem człowieka stała się ludzka inteligencja, doświadczenie, wiedza rozumiana jako zdolność podejmowania właściwych decyzji. Ludzka inteligencja była konieczna do posługiwania się maszynami w pracy, korzystania z dóbr konsumpcyjnych. TO przyczyniało się do rozwoju nauki, kształcenia.

Nauka obejmująca różne dyscypliny była zarówno praktyczna, jak i przekazywalna [15].

Podsumowując – rewolucja przemysłowa dała podwaliny nowej formacji społeczno-ekonomicznej – kapitalizmowi i rozwojowi autonomicznej nauki – ekonomii. I choć dziś człowiek znajduje się w kolejnym etapie rozwoju w erze postindustrialnej to maszyna parowa i jej mnogość zastosowań zmieniła świat na zawsze.

Janusz Myszczyszyn
Doktor, Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie

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, ale miała ona 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 większego problemu nie było, ale w innych zastosowaniach był to spory problem.

[6] Cameron R., Neal L., Historia gospodarcza świata od paleolitu do czasów najnowszych. KiW, Warszawa.

[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] Pierwszy zwarty nurt ekonomiczny to merkantylizm. Niektórzy jego przedstawiciele uważali że źródłem bogactwa są kruszce oraz dodatnie saldo obrotów handlowych z zagranicą.

[10] Na dół wagoniki wypełnione węglem toczyły się pod własnym ciężarem

[11] http://en.wikipedia.org/wiki/Stephenson%27s_Rocket

[12] Wzrastał bowiem popyt na żelazo, węgiel, drewno, cegły, maszyny.

[13] Zob. Cameron …op.cit. s. 208

[14] Ch. Parson i C.Gustaw-de Lavala.

[15] http://www.kti.ae.poznan.pl/specials/nhdr2002/raport/2_przemiany_spoleczne/2.1p_cellary_przemiany_spoleczne.htm

Biblografia:

1. http://www.newcomen.com/thomas.htm

2. http://en.wikipedia.org/wiki/Stephenson%27s_Rocket

3. Cameron R., Neal L., Historia gospodarcza świata od paleolitu do czasów najnowszych. KiW, Warszawa 1996.

4. Kryściak E., Rewolucja przemysłowa w Anglii, http://historicus.pl/content/view/110/47/

5. Mitchell B., European Historical Statistics 1750-1970, New York 1975

6. Mitchell B., Deana P., Abstract of British Historical Statistics, Cambridge, 1962

7. Historical Ststistics of the United States of America, Colonial Times to 1957, Washington 1960

8. Saunders A., Word Population, Past Growth and Present Trends, Oxford, 1936

9. Szpak J., Historia gospodarcza świata, PWE, Warszawa, 2003 .

——————————————————————————————–
Materiał udostępniany na zasadach licencji

Creative Commons 2.5
Uznanie autorstwa-Użycie niekomercyjne
-Na tych samych warunkach 2.5 Polska
——————————————————————————————–