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 ジェームズ・ワット(James Watt FRS FRSE, 1736年1月19日 - 1819年8月25日)は、スコットランド出身の発明家、機械技術者。ニューコメン型蒸気機関へ施した改良を通じて、イギリスのみならず全世界の産業革命の進展に寄与した。 グラスゴー大学で計測器製作の仕事に従事していたころ、ワットは蒸気機関技術に興味を覚えた。そこで、当時の機関設計ではシリンダーが冷却と加熱を繰り返しているため熱量を大量に無駄にしてしまっている点に気づいた。彼は機関設計をし直し、凝縮器を分離することで熱量のロスを低減し、蒸気機関の出力、効率や費用対効果を著しく高めた。 ワットはこの新しい蒸気機関の商品化を試みたが、1775年にマシュー・ボールトンという協力者を得るまでは資金面で大変苦労した。新会社ボールトン・アンド・ワット商会は最終的に大成功を収め、ワットは資産家になった。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: Josef Falk 実物同様の原理で作動する模型蒸気機関を製造、販売した。 文章: 生産技術 18世紀の中ごろ、動力機関として使用可能な蒸気機関が発明された。 始めは炭鉱に溜まった水を汲み上げる必要性から作られたもので単純で非力なものだった。その後、機械技術の向上により高圧蒸気が使えるようになると、大きな機械を動かせるようになった。 動力源の心配がなくなり、イギリス各地に巨大な紡績工場が建てられるようになった。 自動化された工場が建つと、それまでの工場制手工業は成り立たなくなり、余剰労働力が大量に発生した。余った労働者は安い労働力として工場に集まり、加速度的に産業が発達した。 都市化が進み、階級という言葉が生まれ、社会問題や環境問題も発生した。生産過剰による生産調整というそれまではほとんどみられなかった背景による不景気(生産減少)という状態も発生した。 不景気の中、より高い生産性を実現し競争に勝ち残るための専門職、生産技術者が出たのはこの頃だと思われる。 18世紀後半、イギリスはそれまで禁じていた機械の輸出を認めるようになる。 この結果、欧米で一気に工業化が進むことになった。機械を輸出する立場にあったイギリスは軽工業から重工業に移行する。 アメリカなどに移住したヨーロッパ人は、生産の集約や不景気によって余った労働者が主体であった。 アメリカ大陸に渡った移民たちは、最初から経営や株式、民主主義といったシステムを駆使してアメリカ合衆国を作り上げていった。 文章: 第二次産業革命 18世紀にイギリスで開発され適用された蒸気機関は、ヨーロッパ諸国やアメリカ、日本には産業革命の進行と共に19世紀を通じてゆっくりと輸出されていった。これとは対照的に第二次産業革命においては、幾つかの国において内燃機関の実用化が進み、その概念に関する普及も速く進んだ。1例を挙げれば、最初の石炭ガスで動かす内燃機関はフランスのエティエンヌ・ルノワールが開発したが、軽工業での固定式の動力として限られた応用しかなされなかった。 1870年代のフランスでは原始自動車の駆動力として内燃機関を適用する試みが行われていたが、量産までには至らなかった。燃料として石炭ガスの代わりに石油を使って革新を遂げたのはドイツのゴットリープ・ダイムラーであり、これが数年後には自動車に適用され、1890年代から1900年代にはイタリアやフランスなどのヨーロッパ諸国やアメリカ、日本などの工業国で内燃機関を使った自動車の生産が始まった。間もなくアメリカのヘンリー・フォードが、1908年にデビューした「フォード・モデルT」により内燃機関を大量生産して社会に大きな衝撃を与えた。 2サイクル石油内燃機関はイギリスの技師ジョセフ・デイによって発明されたが、この特許をアメリカの起業家に使用許可し、それが直ぐに「貧乏人の足」オートバイ、モーターボートやポンプになって、電力が普及する前には小さな工場の安価で信頼できる駆動力ともなった。 文章: イギリス単位 イギリス単位(English units)は、イギリスで1826年まで使用された歴史的な単位系である。1826年に現行の帝国単位に置き換えられた。また、アメリカ合衆国の米国慣用単位もイギリス単位から発展したものである。イギリス単位は、アングロ・サクソンの単位と古代ローマの単位(英語版)が組み合わさって進化してきたものである。時代や場所、また用途によって、様々な単位が使用されてきた。イギリス単位を構成する2つの主要な単位系は、ヘンリー7世によって再確認され1495年から1587年まで有効であったウィンチェスター単位(英語版)(Winchester Units)と、エリザベス1世によって最初に定義され1588年から1825年まで有効であった財務省標準(英語版)(Exchequer Standards)である。 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: 動力近代化 18世紀に蒸気機関が実用化され、19世紀には従来の水車の代わりに動力源として紡績機や力織機、工作機械等で使用されるようになった。19世紀前半には既に鉱山鉄道で定置式蒸気機関を使用して鉱石や石炭の搬出に使用され、1825年に開業したストックトン・アンド・ダーリントン鉄道でも路線の大部分は定置式蒸気機関でロープを巻き上げていた。 それまでは馬を使用していた都市内での交通機関にも蒸気機関が導入された。当初は実用的な高出力の蒸気機関が困難だったので定置式蒸気機関でロープを循環してそれを掴んだり離したりする方法で移動するケーブルカーが運転された。 文章: ヘロンの噴水 ヘロンの噴水は、1世紀ごろの発明家、数学者、物理学者として知られているアレクサンドリアのヘロンが発明した水力装置。 ヘロンは気圧や蒸気を研究し、世界初の蒸気機関(アイオロスの球)などを記録に残している。ヘロンの噴水も同様な玩具であり、水を噴き出させる。ヘロンの噴水を様々に変形させたものが、物理学の授業で水圧や空気圧の原理を示す実演に使われている。 文章: ジョサイア・ウェッジウッド ジョサイア・ウェッジウッド(Josiah Wedgwood, 1730年7月12日 - 1795年1月3日)は、イギリスの陶芸家、事業家。イギリス最大の陶器メーカー「ウェッジウッド社」の創設者。後にイギリス陶芸の父と称される。窯の中の高温を測るパイロメーター(高温測定計)を発明し王立協会会員にも選ばれた科学者としての一面もある。 文章: 蒸気機関 しかしその後、19世紀から20世紀にはいる頃から、電気動力・内燃機関動力が発達をしはじめた。蒸気機関は、ボイラー、復水器などの付帯設備が大きいこと、(それらの新動力と比べると)エネルギー効率が悪く対重量比出力が低いこと、起動・停止に手間がかかることなどが災いして、地位の低下を余儀なくされた。 大型化にシビアな制限のある小型の移動機関、特に自動車については早期に内燃機関に移行した。自動車ほど小型軽量化にシビアではない機関車は、20世紀中盤まで蒸気機関車が主役の座にあり続けたが、それもその後減少し、21世紀になる頃には世界的に見てもごくわずかなところに残るにすぎなくなっていた。なお、大きさや起動・停止の手間などが問題にならない大型のシステムについては、1884年にチャールズ・アルジャーノン・パーソンズによって蒸気タービンが実用化されるとレシプロ蒸気機関から蒸気タービンへの移行も発生した。発電用としては、大規模な発電プラントではおもに蒸気タービンが用いられ、規模の小さいプラントや移動用施設ではディーゼルエンジンやガスタービンが使用されるという形で特性に応じた住み分けが生じている。そのガスタービンなどの高温な排気ガスによりボイラーで蒸気を生み出し、発電機付き蒸気タービンを廻して発電量を増やし熱効率を向上させる、コンバインドサイクル発電は今日普通に見られる。外燃機関特有の熱源の多様性は蒸気機関のメリットとして現在も有効であり、原子力発電やRDF、ごみ焼却場の廃熱を利用して発電に用いられている。 また、大型船舶用としては、レシプロ蒸気機関は蒸気タービンに対しては負荷変動への適応性の高さと保守の容易さが、内燃機関に対しては燃料の多種性(石炭を使用でき、石油系資源に依存しない)が優位性を持ち、20世紀中盤までは共存状態が続いた。しかしながら民間の船舶に比べ高速・高出力を求められる軍艦においては、20世紀に入って以降、急速に蒸気タービンへの移行が進んだ。キヤードタービン、あるいはエレクトリック推進の普及で、効率と負荷変動への適応性が増した事で、その傾向に拍車がかかった。船舶分野では内燃機関は、信頼性が劣る事もあり、20世紀中頃までは傍流であった。しかしながら、その後の技術の発展により信頼性が増した内燃機関は、小型船舶からはじまり、次第に大型船舶までも置き換えていった。大型軍艦用としては蒸気タービンの能力は、発達著しい内燃機関に劣るものではなかったが、内燃機関を用いる船舶と燃料を統一し軽油を用いる必要性から、燃料の多様性のメリットが失われ、かつ軽油は蒸気タービン用としては揮発性の高さから爆発燃焼事故を招くなどの問題があり、次第に用いられなくなった。水上軍艦或いは民間船舶のガスタービン化と併せ、高温な排ガスからボイラーで発生した水蒸気で蒸気タービンを廻し動力なり電力を得る、COGESも見られる様になった。ただし原子力推進の軍艦においては、蒸気タービンが唯一の選択肢として用いられている。一部の航空母艦に艤装された蒸気カタパルトは、回転出力でなく直動出力を得るレシプロ蒸気機関の一種である。 文章: ウィリアム・ヘドリー ウィリアム・ヘドリーは、19世紀初頭のイギリスを代表する技術者の1人で、草創期の鉄道の発展に貢献するいくつかの重要な発明をした人物である。ニューカッスル・アポン・タイン近郊のワイラムの炭鉱で現場監督を務める傍らで、鉄のレール上を鉄の車輪の力だけで移動する最初の実用的な蒸気機関車を作りだした(粘着式鉄道)。 ヘドリーは1779年にニューカッスル・アポン・タイン近郊の村ニューバーンで生まれた。 ヘドリーの発明以前は、機関車というものは自立して動くには重過ぎると考えられており、定置式の蒸気機関がケーブルにつないだ車両を牽引する方法が主流だった。そんな中で他の方式も様々に試みられていた。バターリー社のウィリアム・チャップマン は1812年に蒸気機関を車両に載せ、ケーブルを巻き取ることで前進する仕組みを考案した。同じくバターリー社のウィリアム・ブラントンは、機械的に地面を蹴って前進する「スチームホース」を作ったがチャップマンの発明ほどにはうまくはいかなかった。 また一方で、1812年にマシュー・マレーとジョン・ブレンキンソップは最初の2シリンダーの蒸気機関車、「サラマンカ号」をリーズ近郊のミドルトン鉄道向けに、ラック・アンド・ピニオン機構で歯車をレール側に噛み合わせて進む方式で製作した。これは最初のラック式鉄道であった。これは蒸気機関車を用いた鉄道として最初にうまく動作したものであったが、システム全体が複雑で高価であった。 ヘドリーは、リチャード・トレビシックの機関車がそうであったように、複数の車輪がお互いに連結されていれば、1つの車輪が空転し始めても、他の車輪によってそれを止められるのではないかと考えた。彼の働いていた炭鉱の持ち主、クリストファー・ブラケット は、ちょうど木製の資材運搬用軌道をL字形のフランジ付き鉄製レールに置き換えたところであった。ヘドリーはまず、人力で運行する試作車両を造り、様々な積み荷で粘着力を試験した。それからこの車両をシャーシとして利用し、トレビシックのものと同じように1つのシリンダーで単純な煙管式のボイラーを利用した機関車を製作した。 この機関車は満足のいくものではなかった。シリンダーが1つしかないため動きが不安定で、また蒸気の発生量も十分ではなかった。 彼は2両目の機関車を製作した。これには鍛冶場の職長であった、後に有名になったティモシー・ハックワースと、彼の機関車の製作を担当していたジョナサン・フォスター の助けを受け、1812年にジョン・ブレンキンソップとマシュー・マレーが製作したような2つのシリンダーを備えた設計と、煙管を往復させた構造のボイラーを採用した。これが有名な蒸気機関車「パッフィング・ビリー号」で、1813年に初めて走行し、現在はロンドンのサイエンス・ミュージアムで保存されている。この成功によってさらに「ワイラム・ディリー号」が製作され、これはエディンバラのロイヤル・ミュージアムで保存されている。同年、車輪間をロッドで連結する方法の特許を取得した。 しかしながら、まだ線路にかなりの弱点があり、機関車は4輪車2つを組み合わせたものに改造された。当初は車輪にフランジが無く、板状のフランジ付きレールと組み合わせて用いられていた。1830年頃、路線はより強固な縁付きのレールに敷き直され、2両の機関車ともにフランジ付きの車輪に変更しつつ、当初の設計に復元された。この状態が現在保存されているものである。双方の機関車ともに1862年まで使用された。 ヘドリーは1843年に亡くなった。彼の子孫もまた、1940年代に石炭産業が国有化されるまでこの分野に深く関わっていた。1971年に、国有化の際の補償金をもとに、彼の名前を冠した慈善基金が設立された。 文章: 工学 ウィリアム・ギルバートは、1600年に De Magnete を著し、"electricity"(電気)という言葉も史上初めて使ったということで電気工学の祖とされている。 機械工学の分野では、トーマス・セイヴァリが1698年に世界初の蒸気機関を作った。蒸気機関の開発が産業革命をもたらし、大量生産の時代が始まった。 18世紀には工学を専門とする専門職が確立し、工学は数学や科学を応用する分野のみを指すようになっていった。同時にそれまで軍事と民間の工学とされていた分野に、それまで単なる技能とみなされていた機械製作も工学分野の一つとされるようになった。 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: 電気機関車 電気機関車の最初のプロトタイプは、1834年にロシアの科学者で発明家のボリス・ヤコビによって作成されたが、彼の発明は当時の鉄道には適合していなかった。その後、同時に米国、ドイツ、フランスで、電気モーターを使って乗組員を動かす実験が行われたが、成功を収めることはできなかった。 最初の電気機関車といわれているのは、スコットランドのロバート・デビッドソンが1837年、アバディーンで製作したもので、電源にはガルバニ電池を使用していた。1841年にはこれを大型化し Galvani と名付けて Royal Scottish Society of Arts の博覧会に出展した。翌1842年9月にはエディンバラ - グラスゴー間の鉄道で試験走行が実施されたが、電池を使っているため走行距離が限られることから実用化されなかった。実際に客車に乗客を乗せた最初の電気機関車は、ヴェルナー・フォン・ジーメンスがベルリンで1879年に実用化したものである。この電気機関車は2.2 kWの電動機で駆動され、3両の客車を連結した状態で最高速度 13 km/hで走行した。300メートルほどの円形の線路の上を走行するもので、4か月間に約9万人を乗せた。電力供給(集電)にはいわゆる第三軌条方式が採用されており、通常のレールの間に第三の絶縁されたレールを配していた。電源は線路の近くに設置したダイナモで発電していた。実際に商用運用された最初の電気機関車はベルリン近郊リヒターフェルデの路面電車として運行したもので、1881年に開業した。これもやはりヴェルナー・フォン・ジーメンスが製作したものである。イギリスでは1883年、ブライトンで最初の電気機関車を使った鉄道(ヴォルクの電気鉄道)が開業した。アメリカ合衆国で最初の路面電車は1888年のリッチモンド・ユニオン旅客鉄道(英語版)で、フランク・スプレイグの設計である。 鉄道網が広がるにつれ、都市部にもトンネルが建設されるようになり、電気機関車の開発が促進された。蒸気機関車の出す有害な煙が問題となり、都市部の各自治体で蒸気機関車の使用を制限する動きが広まりつつあった。イギリスで最初の電気機関車を使った地下鉄であるシティー&サウス・ロンドン鉄道線(現在のノーザン線の一部)も、背景には蒸気機関の使用を制限する法律がある。この路線が運行を開始したのは1890年で、Mather and Platt 製の電気機関車を使っていた。1897年にフランク・スプレイグが総括制御を発明したことも、地下鉄の急速な電化を促進することにつながった。対する地上の鉄道では法律などで強制的に転換を迫られるまで蒸気機関車を使い続けた。 文章: 消防車 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、1814年にジョージ・スチーブンソンが蒸気機関車を実用的なものにした。その後、蒸気機関の改良は進み、1829年には、イギリスにおいてジョン・ブレースウェイト(英語版)とジョン・エリクソンが、蒸気消防車(英語版)の製作に成功する。2人が製作した消防ポンプは10馬力で、毎分900リットルから1200リットルの水を約30メートルの高さまで放水できるものであり、消防機器の機械化第1号と言える。 1840年にアメリカ合衆国はイギリス人技師のポール・ラムゼイ・ホッジ(Paul Ramsey Hodge)を招き、ニューヨーク市公会堂の国旗掲揚塔を越える放水能力を持つ蒸気ポンプの製作を依頼する。ホッジは1841年3月末に蒸気ポンプを完成させ、公開試験で性能を披露した。このホッジの蒸気ポンプは、自力走行できる性能を持っていたため、消防自動車第1号と言える。 日本では、1870年に東京府消防局がイギリスから蒸気ポンプを輸入したのを始め、1899年には日本製蒸気ポンプを市原ポンプ製作所が製作している。 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。