クエリ: 18世紀に実用的な蒸気機関を作成したイギリスの発明家で、電力の単位にもその名を残すのは誰でしょう?
文章: ジェームズ・ワット 引退後もワットは発明を続けたが、蒸気機関ほど影響を及ぼすようなものは完成できなかった。ワットは1819年、83歳で死去。彼の栄誉を称え、国際単位系(SI)における仕事率の単位に「ワット」という名称がつけられた。
文章: マシュー・マレー マシュー・マレーは、初めての実用可能な蒸気機関車である2気筒式の「サラマンカ号」 を1812年に設計・製造した、イギリスの蒸気機関や工作機械などに関する技術者である。マレーは蒸気機関や工作機械、紡績機械など多くの分野で活躍した革新的な技術者であった。 文章: 鉄道車両の歴史 イギリスでもランカシャー・アンド・ヨークシャー鉄道で3,600 Vの実験が行われたが成功せず、実用化されたのは1,200 V方式であった。またサザン鉄道での大規模な電化では750 Vと比較的低い電圧が用いられた。スイスのエリコン社は1907年にゼーバッハ - ヴェッティンゲン間で単相交流50 Hz 15,000 Vの単相交流電化の技術を開発した。これにシーメンス社からの協力を経てレーゲンスドルフ - ヴェッティンゲン間で、現在も用いられているようなカテナリ架線とパンタグラフの組み合わせが用いられるようになった。当初は商用交流をそのまま送電して電動発電機で直流に変換して駆動していたが、16と3分の2 Hzの低周波交流電化により整流子形の直流電動機を駆動する技術が開発された。 文章: 変電所 本質的に、低圧で送電することによる大きな送電損失を改善するためには高圧で送電するしかなく、そのためには自由に電圧を変換する方法が必要とされた。交流の電圧と電流を変換する変圧器は、マイケル・ファラデーが電磁誘導の法則を発見して以来、19世紀を通じて何人かの技術者・発明家によって次第に改良され形作られてきたが、電力網に組み込んで利用するための具体的な形にまとめたのはフランスのルシアン・ゴーラールとイギリスのジョン・ディクソン・ギブスの2人であった。彼らは1882年にイギリスで変圧器の特許を出願した。1884年にイタリアのトリノで開かれた博覧会で、5,000 Vで40 kmを送電する実験に成功し、それまで都市内部で蒸気機関で発電してそのすぐ近くで配電する以外の方法が無かった電力事業に対して、山岳地帯で水力発電を行い長距離を送電して都市に配電することを可能にした。 まだ彼らの変圧器は、鉄心の磁路に開いた部分があり効率が悪かったので、ハンガリーのガンツ社やアメリカのジョージ・ウェスティングハウスなどが改良に取り組んだ。世界で最初の実用交流送電線は、イタリアで1886年にガンツ社の発電機を使って112 Vの電気を2,000 Vに昇圧して27km送電し、ローマに供給するものであった。三相交流システムや誘導電動機など、交流を実用的に利用するための技術が開発され、1895年8月にナイアガラの滝に水力発電所が建設され、翌1896年から変電所を通じて高圧に変換して三相交流で送電し、ニューヨーク州バッファローへ供給するシステムが稼動を開始した。このシステムでは、ウェスティングハウス・エレクトリック製の二相の3,750 kW発電機12台からの電圧5,000 Vを、二相三相変換の変圧器(スコット結線変圧器)で三相11,000 Vにして40 kmを送電し、ゼネラル・エレクトリックが建設した変電所で降圧して給電していた。このようにして交流送電の技術は普及し、これにともなって変電所の建設も進んでいった。 交流での送電電圧は急速に上がっていった。1896年のナイアガラ-バッファローの送電システムでは11 kVであったが、同年中にはスイスで33 kV送電線ができ、1897年には40 kV、1901年にはアメリカ・ミズーリ州で50 kVになり、1910年代にはドイツとアメリカで100 kV送電線が用いられるようになった。当初は、発電所で起こされた電力は、それぞれ独立した送電網を通って送られ、それぞれ独立した地域に給電していた。異なる発電所から供給する電力網同士には電力を融通する機能が無く、発電所が運転を休止したり故障したりすると、その発電所の供給範囲は停電となった。周波数や電圧などはバラバラで、それぞれの電力網に合わせた機器を導入していた。イギリスでは1928年からグリッドシステムの導入が始められ、電力供給の規格が作られて電圧や周波数が統一され、上位の電力供給網が全国を接続するようになった。アメリカでも、「超電力方式」と称する統一周波数の送電システムの建設が1920年から始められた。日本でも、1920年代頃から系統の連系が行われるようになり、これによって電圧階級を持った変電所などの現代的なシステムが整えられるようになったが、東西の周波数は統一されなかった。そのため周波数変換所を実用化する必要が生じ、1965年10月に佐久間周波数変換所を稼動した。 文章: ジョージ・ジョンストン・ストーニー ジョージ・ジョンストン・ストーニー(George Johnstone Stoney FRS、1826年2月15日 - 1911年7月5日)は、アイルランドの物理学者。「基本的な電気の単位量」として電子(electron)という語を導入したことで最も有名。 早くも1874年にはこの語ではなく概念を導入しており、当初は"electrine"と命名していた。electronという名称自体は1891年に造語した。生涯に約75の科学論文を発表した。 文章: ヨークシャー 18世紀のシェフィールドの鉄鋼業者としてベンジャミン・ハンツマン(1704-1776)が有名である。19世紀に入ると、鋼鉄の精錬法を発明したヘンリー・ベッセマー(1813-1898)が現れた。ベッセマーはヨーク地方生まれではないが、その発明を実用化しようという者がいなかったので、シェフィールドの土地を買って製鋼所を創めた。これが大成功し、鋼鉄の製法がイングランド全土へ広がっていき、鉄道、造船業、建築が大きく進歩した。一方で、産業の発展による都市部の過密化は生活環境の悪化をもたらし、1832年や1848年のコレラの流行となって現れた。こうしたことからこの地方では、19世紀の終わりに近代的な上下水道が発達した。また、工場で働く大量の労働者たちの間では、しばしばトラブルが起きた。労働組合側の労働者が組合加入者を増やすために、非加入者の家を爆破したり放火したりした。こうした暴力事件から労働組合法が確立されていった。 イングランドでは、18世紀後半の「運河狂時代」、19世紀の鉄道狂時代によって、ヨーク地方でも運河網、鉄道網が急速に発展し、舗装された街道(turnpike)の整備が始まった。 1825年9月27日にヨーク市近郊のダーリントンと、北ヨーク地方のストックトンを結ぶストックトン・アンド・ダーリントン鉄道が開業した。これは蒸気機関車による「世界最初の鉄道路線」であり、ヨークは「鉄道発祥の地」として知られている。 文章: マシュー・ボールトン 特許は取ったものの、ワットはエンジンを実用の段階まで開発しないまま、1772年には次の発明に取り掛かる。ボールトンはワットと共同開発を進めた工学研究者ジョン・ローバック博士に貸した1,200イギリスポンドを回収できなくなり、ローバックからワットの特許に対する3分の2の権利を引き取り弁済に当てることに同意。ところがボールトンの共同経営者のフォザギルは事業の権利ではなく現金を受け取ると、エンジン開発にまったく関わろうとしなかった。ボールトンにとってもワットが発明をさらに磨かない限り、引き受けた権利に何のうまみもない。そのころ従来型のニューコメンの蒸気機関は鉱山でわき水のくみあげに使われ、石炭の燃費が悪く坑道が長く伸びるにつれ排水能力が不足。ワットの発明の噂が広がると、新しい蒸気機関が市販されるのではないかと関心を集め、従来型の蒸気機関の買い控えを招いたのである。 ワットの才能を褒めちぎった効果が出てロシア政府から雇い入れたいとの打診があると、ボールトンは辞退するようワットを説き伏せた。特許をとってから5年後の1774年にようやくバーミンガムに呼び寄せ、翌年、共同事業を立ち上げている。その1775年のうちにワットの特許のうち6件は取得してから14年間経ち、手付かずのまま期限切れになるところだったのだが、ボールトンはロビー活動を通じてワットの特許が1800年まで延びるよう、特許期間の延長の法令を議会に作らせる。そのかたわら蒸気機関の改良を進めて鉄加工の匠ジョン・ウィルキンソンの貢献もあり、製品を完成させた (ウィルキンソンはルナー・ソサエティ会員 ジョセフ・プリーストリーと義理の兄弟) 。 1776年に蒸気エンジン2基を完成し、共同事業としてウィルキンソンに1基、ウェスト・ミッドランズ州ブラックカントリーのティプトン鉱山に1基を納品、どちらも正常に稼動してよい宣伝になった。次つぎに注文を受けるとボールトンとワットはあちこちに蒸気エンジンを据え付け、ただしエンジンの完成品はほとんど製造せず注文主に数箇所の製作所から必要な部品を購入させるとソーホーの技術者立会いの下、設置場所でエンジンを組み上げた。利益は蒸気機関を貸し出す形で契約を結び燃費向上の歩合で取る方式を考え出した。従来のエンジンと燃費を比較、節約できた経費の3分の1を向こう25年間受け取るとしたのである。しかし鉱山主は鉱山から出た商品価値の低い石炭を使ってエンジンを動かして燃費を採炭の原価に抑えてしまったため、歩合の設定をめぐって争いになる。また鉱山主は一旦エンジンを設置すると自分の設備だと言い張って毎年の契約更新料の支払いをしぶり、ワットの特許を廃止するように議会に請願すると脅したのである。 ボールトンたちのエンジンの主な市場は鉱物資源の豊かなコーンウォール郡で、取引先は鉱山が多かった。しかし他社との熾烈な競争に加えてウェールズから輸入する石炭価格の高騰など地元の鉱業特有の問題が起こり、年に数ヶ月、最初はワットが、のちにはボールトンが設置場所に立ち会って鉱山主とのトラブルを避けようとする。1779年に雇用した技術者のウィリアム・マードックにエンジン据え付けの現場監督を任せることができてからは、ワットとボールトンはバーミンガムに残って開発に専念できるようになった。 文章: 電力 初期の電力の装置として摩擦電気を集める静電発電機があり、電圧は高かったものの、容量的には極めて小さいものだった。19世紀中頃には電池が発明されアーク灯に利用された。さらに電磁気学の進展により、1870年頃から直流発電機、1880年頃から交流発電機が実用化された。最初の電力会社、トーマス・エジソンの会社が設立したPearl Street Stationは直流方式で送電し一時期はそれが標準となっていたが、ニコラ・テスラやジョージ・ウェスティングハウスは交流送電を推し、両陣営間で激しい対立が起き、結果として交流送電方式が普及し(そのいきさつや理由については「電流戦争」の記事で詳説)、現代の電力会社は一般的には電力を三相交流で供給しており、電圧としては高圧電力・低圧電力の両方を販売している。電力会社の業界を電力業界という。 文章: 木綿 16世紀以降、交易を通じてインド産などの綿が、主にイギリスにもたらされ、18世紀頃にはイギリスの羊毛業を脅かすまでになった。1780年代になると、自動紡績機や蒸気機関が相次いで実用化され、イギリスは綿輸入国から一気に世界最大の輸出国に転換した。この綿産業の発展を主軸にした産業構造の変革は、産業革命ともいわれる。 1738年、バーミンガムのルイス・ポールとジョン・ワイアットが2つの異なる速度で回転するローラーを使った紡績機を発明し、特許を取得した。1764年のジェニー紡績機と1769年のリチャード・アークライトによる紡績機の発明により、イギリスでは綿織物の生産効率が劇的に向上した。18世紀後半にはマンチェスターで綿織物工場が多数稼動し、輸出拠点にもなったため、「コットンポリス(cottonpolis)」の異名で呼ばれるようになった。イギリスとアメリカ合衆国の綿織物生産量は、1793年にアメリカ人のイーライ・ホイットニーが綿繰り機を発明したことでさらに増加した。テクノロジーの進歩と世界市場への影響力が増大したことから、植民地のプランテーションから原綿を購入し、それをランカシャーの工場で織物に加工し、製品をアフリカやインドや中国(香港および上海経由)といった植民地市場で売りさばくというサイクルを構築した。 1840年代になると、インドの木綿繊維の供給量だけでは追いつかなくなり、同時にインドからイギリスまでの運搬に時間とコストがかかることも問題となってきた。その頃、アメリカで優れたワタ属の種が生まれたことも手伝って、イギリスはアメリカ合衆国と西インド諸島のプランテーションから木綿を買い付けるようになっていく。19世紀中頃までに綿花生産はアメリカ合衆国南部の経済基盤となり、"King Cotton" と呼ばれるようになった。綿花栽培作業は奴隷の主要な仕事となった。 文章: 産業革命 産業の発展にともない、イギリス国内の輸送手段も徐々に改善されるようになった。最初期の輸送手段改善はおもに運河の建設によってなされた。きっかけは、ブリッジウォーター公フランシス・エジャートンが1761年に建設したブリッジウォーター運河(英語版)である。この運河はブリッジウォーター公の領地であるワースリー(英語版)炭鉱と工業都市マンチェスターを結ぶものであり、大成功をおさめ、マンチェスターの石炭価格が半額に下落したうえに経費も大幅に節約できた。この成功は各地に模倣を生み、1760年代から1830年代にかけてはイギリスにおいて運河時代と呼ばれる一時代が現出した。特に1790年代前半には「運河熱」と呼ばれる運河建設・投資ブームが巻き起こり、急速に運河の建設が進んだ。この運河網の発達は安定した大量輸送を各地で確保し、産業革命を推進する大きな力のひとつとなった。また、陸路に頼らざるを得ない鉱山などにおいては、17世紀初頭から木製の線路を敷設しその上にトロッコや貨車を走らせることが行われていたが、これも18世紀後半にはレールが鋳鉄製となり、多くの鉱山で使用されるようになっていた。また、1816年にはジョン・マカダム(英語版)によっていわゆるマカダム舗装が実用化され、道路は大きく改良された。 しかしこの時点においてはいまだ、交通機関そのものに対する抜本的な改良はなされていなかった。しかし蒸気機関が改良されるとともに、蒸気機関を輸送手段に使用する試みがなされるようになっていった。こうした試みのうち、もっとも早く実用化がなされたのは蒸気船であり、1807年にロバート・フルトンによって河川航行が可能な外輪船が実用化された。外輪船は荒波に弱かったために外洋航行には使用できなかったが、1830年代には改良された外輪船が外洋航行を行うようになる。しかし本格的に蒸気船が使用され始めるのは、1840年代により高速を得られ安定性も高いスクリュープロペラが開発されるまでかかった。また、産業革命期は帆船の改良も進められており、快速帆船(クリッパー)と呼ばれる高速の帆船が登場し帆船が全盛期を迎えるのは、イギリスで産業革命が終わったあとの1850年代以降のことになる。このため、蒸気船が帆船にこの時期とってかわったわけではないことには注意が必要である。 また1804年にはトレビシックにより軌道の上を走る蒸気機関車が発明された。この蒸気機関車は実用的なものではなかったが、その後、蒸気機関車はジョージ・スチーブンソンらによって改良され、1825年には世界最初の商用鉄道であるストックトン・アンド・ダーリントン鉄道が開通した。さらに蒸気機関車の改良は進められ、1829年にロバート・スチーブンソンの設計したロケット号によって基本的な機構が完成された。翌1830年のリバプール・アンド・マンチェスター鉄道の開業によって、蒸気機関車とそれの走る鉄道というシステムが完成した。蒸気船の普及に時間がかかったのとは対照的に、線路と汽車の初期費用以外全てにおいて同業他社である馬車に勝っていた鉄道は急速に広まった。ベルギー、アメリカに先を越されながらも1830年代後半になるとすでに鉄道網の整備が進み始めており、1850年までには6,000マイルの鉄道が開通した。また、鉄道は時をおかずして諸国にも伝わり、1830年代にはすでにアメリカ・フランス・ドイツ、さらにはロシアなどにおいても鉄道が開通し、1850年ごろにはこれらの国でもかなりの長さの鉄道網が開通していた。これらの移動手段の発達は「交通革命」と呼ばれる。イギリスにおいては鉄道は産業革命の原動力ではなくひとつの結実であり、イギリスは鉄道なしで産業革命を成し遂げた唯一の国家となった。後発諸国の産業革命・工業化においては、鉄道の敷設は前提条件となった。 文章: リチャード・トレビシック リチャード・トレビシック(Richard Trevithick、1771年4月13日 - 1833年4月22日)は、イギリスの機械技術者で、蒸気機関車の発明者。一般にはジョージ・スチーブンソンが発明者と思われているが、後述するようにトレビシックが実際の発明者である。 コーンウォールの鉱山町出身で、若いころから鉱山と技術に熱中。鉱山の親方の息子で、学校での成績はよくなかったが、鉄道の歴史に先駆者として名を刻んだ。最大の貢献は世界初の高圧蒸気機関を開発したことで、さらに人間が乗れる大きさの世界初の蒸気機関車を開発した。初の軌道上を走る蒸気機関車を製作し、1804年2月21日、ウェールズのマーサー・ティドビルにあるペナダレン製鉄所(英語版)で初走行させた。 その後海外に関心を向け、ペルーで鉱山のコンサルタントを務め、コスタリカの一部を探検。浮き沈みの激しい人生で、破産したこともあり、同時代の鉱山技師や蒸気機関技師との対抗関係に苦しんだ。全盛期には鉱山技師として尊敬され有名になったが、晩年は不遇だった。2023年5月現在では、鉱業界、工学界、鉄道業界でその功績がよく知られている。 文章: レシプロエンジン その後、セイヴァリが英国で特許を取得し、1705年になってトーマス・ニューコメンの改良により実用的な蒸気機関となった。ニューコメン蒸気機関は、英国では炭鉱から水を抜き取るための排水ポンプ用途に使用された。 ニューコメンが最初に機関を発明した時代は、その動作は非常に緩慢なものであり、バルブの開閉は人手で行われていた。このバルブ開閉の進歩が蒸気機関の普及を促した。ニューコメンの「大気圧機関 (Atmospheric engine)」のバルブの改良は、バルブの開閉操作員だったハンフリー・ポッター (Humphrey Potter) という少年により1713年にロープや滑車を利用した最初の自動化の工夫がなされ、1718年にヘンリー・バイトン (Henry Beighton) がさらに改良を重ねた。ジョン・スミートンがさらにさまざまな改良を施した。 50年以上もの間改良されながら1770年頃まで広く使われていたニューコメン式の蒸気機関であったが、ここまでの蒸気機関は、往復運動をそのまま直線的動力として利用するものであり、しかもその力は往復以前に往だけの片道通行の利用だった。 文章: ジョージ・スチーブンソン 1802年、リチャード・トレビシックが世界初の実動する蒸気機関車を発明した。なお、日本においてはしばしばスチーブンソンが蒸気機関車の「発明者」と記述されるが、トレビシックの「ペナダレン号」が世界初の蒸気機関車である。後にトレビシックはタインサイドの炭鉱主に招かれ、蒸気機関を製作している。それを地元の人々が真似て独自の蒸気機関を設計した。「ペナダレン号」からジョージの「ブリュヘル号」までの間にも複数の技術者の手によって蒸気機関車が製作されているが、どの機関車も、ジョージのそれと比較して実用的であるとは言い難い物であった。 1814年、スチーブンソンはキリングワースで石炭輸送のための蒸気機関車を設計。ゲプハルト・レベレヒト・フォン・ブリュッヘルというプロイセンの軍人の名をとって「ブリュヘル(英語版)」号と名付け、ウェストムーアの自宅裏の作業場で製作した。同年7月25日、初走行に成功している。時速6.4kmで坂を上り30トンの石炭を運ぶことができた。世界初の輪縁付きの車輪を採用しており、輪縁付き車輪と線路の接触部分の摩擦によってのみ走行する。産業界は、馬の代わり以上に活用できると称賛した。結局キリングワースでは16台の蒸気機関車を製作したとされているが、全16台の詳細は不明である。存在が特定されたものの多くはキリングワース炭鉱やヘットン炭鉱鉄道(英語版)で使われていた。1817年にはキルマーノック・アンド・トルーン鉄道(英語版)のために六輪の蒸気機関車を製作したが、鋳鉄製の線路が破損することがわかり運行はすぐさま中止された。さらにスコットランドの鉱山鉄道で使われたものもあり、1819年にスウォンジ郊外の鉱山鉄道向けに製作したものがあるが、蒸気機関が不調だったこととやはり線路に損傷を与えたため、すぐに使用中止となった。 蒸気機関車は非常に重く、木製の線路上を走らせるのは困難で、鉄製の線路は登場したばかりで、鋳鉄製の線路は強度に問題を抱えていた。ウィリアム・ロシュ(英語版)と共に鋳鉄製線路の強度を高める設計を研究し、ロシュらが経営する製鉄所 Losh, Wilson and Bell で試作した。また、蒸気機関車側の工夫も行った。まず、蒸気圧をクッション代わりにする 'steam spring' を試したが、間もなく車輪を増やして荷重を分散させればよいと気付いた。しかしストックトン・アンド・ダーリントン鉄道では、特許を取得した設計を採用せず、錬鉄製線路のみを使っている。 文章: ウィリアム・ランキン ウィリアム・ジョン・マッコーン・ランキン(William John Macquorn Rankine FRSE FRS、1820年7月5日 - 1872年12月24日)は、19世紀イギリス(スコットランド)の機械技師であり、土木工学、物理学、数学の分野でも貢献した。ルドルフ・クラウジウス、ウィリアム・トムソン(ケルヴィン卿)とともに熱力学の創始者であり、特に熱力学の三法則のうち第一法則を中心に研究した。ランキンは、絶対温度目盛を摂氏ではなく華氏で表したランキン温度目盛を開発した。 ランキンは、蒸気機関を含む全ての熱機関の完全な理論を構築した。1850年代、1860年代に出版された基礎工学や実践工学の教科書は、その後何十年にもわたって使用された。ランキンは、1840年以降、科学や工学をテーマにした数百もの論文やノートを発表した。彼の関心は、若い頃は植物学、音楽理論、数論、熟年期には科学、数学、工学のほとんどの主要分野に及ぶなど、非常に多岐にわたる。 また、アマチュアの歌手、ピアニスト、チェリストとしても熱心に活動し、ユーモアのある曲を自作していた。 文章: リチャード・トレビシック これは反動式蒸気タービンに関する仕事で、トレビシックは1200ポンドの報酬を得た。 文章: アンドレ・シャプロン シャプロンの業績は、彼の友人であるアルゼンチンのリビオ・ダンテ・ポルタや他の人々の業績に受け継がれて、20世紀後半の蒸気機関車に大きな影響を与えた。またイギリス国鉄86形電気機関車の1両に名づけられた数少ない外国人鉄道技術者である。さらにポルタの関わった、アルゼンチンのリオ・トゥルビオ鉱山鉄道の蒸気機関車100型の1両にもアンドレ・シャプロンの名が与えられたものがある。