智慧的闪电--世界发明史话-第13章
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细管供给墨水的方法，比较好地解决了上述问题。这种笔的笔端可以卸下来，
墨水用一个小的滴管注入。
最早的能够自己吸墨水的笔出现于20世纪初期，采取了一个活塞来吸墨
水。当笔中采用了皮胆后，就要用一个铁片插入一个缝中去挤压皮胆来吸墨
水。到 1952年，又出现了用一根管子伸进墨水中吸水的施诺克尔笔。直到
1956年，才发明了现在常用的毛细管笔。
铁路机车的发明与发展
（19世纪初）
铁路运输是19世纪20年代发展起来的，它的前驱是英国17世纪的木轨
和18世纪的铁轨上的手推和马拉车辆运输。1802年英国人特里维西克制成
3。5个大气压的“高压蒸汽机”及第一台实验性蒸汽机车，在默瑟尔和加尔
第夫之间的铁路上行驶了14。5公里。1815年他又制成了7个大气压和热效
率超过7％的蒸汽机车，功率在100马力之上，为后来斯蒂芬逊完成火车的
发明奠定了基础。
1814年拿破仑侵英战争爆发，马车不能适应战时运煤的需要，斯蒂芬逊
研制成从烟囱排蒸汽以使锅炉鼓风燃烧的机车，载 30吨煤每小时行驶6。4
公里。到1825年9月，他终于制成可供使用的蒸汽机车，每小时可行驶24
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公里，载重90吨，从而完成了火车的发明。
1826年至1830年9月，斯蒂芬逊和他的儿子一起制成第一台载客火车
“火箭式”，在竞赛中获胜，从此开始了蒸汽机车铁路运输的时代。1872年
英国开始普及有座位的车厢，正式出现客运火车。
铁路运输的发展将轨距的标准提到日程上来，至今国际通行的标准轨距
就是19世纪30年代英国人布鲁内尔提出来的，英国直到1892年才予以统
一。1870年世界铁路总长为21万公里，到1900年已达79万公里。
20世纪初，由于用三级膨胀式蒸汽机和带过热器的机车，燃料消耗率进
一步降低。机车和列车的结构有了较大改进。1936年至1938年间，英国的
格莱斯雷先后设计出非流线形的“太平洋”号和流线形的“大西洋”号机车，
时速分别达到182。5公里和203。5公里。1938年法国制成时速为202公里的
高速蒸汽机车。
由于蒸汽机车燃料消耗率高，体大笨重，污染严重，以后逐渐被柴油机
车和电力机车所取代。1926年至1929年间，德国制成直接用齿轮传动的和
压缩空气传动的柴油机车。1932年在德国的柏林至汉堡和英国的东北铁路上
分别出现时速为125和101。5公里的柴油机车。但由于柴油成本高和速度尚
低于蒸汽机车，在欧洲未能推广。美国则因柴油比较便宜，并在1935年出现
了标准化的组合式柴油机，大大促进了柴油机车的发展，1945年已有4000
台。
60年代初各发达国家开始成批生产4000—6000马力的柴油机车。到70
年代前期，柴油机车功率已成系列，数量满足要求，很多国家停止使用蒸汽
机车。1981年，英国制成时速高达270公里的高速柴油机车。
继柴油机车之后，电力机车又逐步发展起来。1879年柏林博览会展出第
一台可供实用的电力机车，并在德国使用。电动机的转速可随负载在一定范
围内变化，运行安全，设备简单，无污染，操纵和制动方便，而且还可以从
发电站接受强大电源，在短时间内产生必需的起动功率，便于高速行驶。
1955年，法国制成高速电力机车，时速达332公里，1981年又增加到
380公里。电力机车的最大困难是架空线路和变电设备成本过高问题，美国
用单相交流电进行远距离输电，其成本比直流线路低三分之二，因而被广泛
采用，迎来电力机车大发展的新时期。
音乐家发明了播种机
（19世纪初）
就像在人类发明史上经常发生的事情一样，有时一个聪明的门外汉却创
造了内行的人们所没有做出的奇迹。播种机的发明就说明了这一点。
播种机是由杰思罗·塔尔最先发明的。这位杰思罗·塔尔是个音乐家，
也是个律师，根本没有必要去种庄稼。但他却对农业很感兴趣。他曾在自己
的农场试种三叶草，结果被他的邻居嘲笑为“老爷农民”，意思是说他手无
缚鸡之力，干不了农活。
但塔尔却具有发明家的头脑。他看到，如果能发明一种机器来进行大面
积播种，他就能把自己关于农业的理论付诸实践。与此同时，还会减轻他对
雇佣劳动力的依赖。
当时人们认为播种机的原理很简单，研制并不困难，可是出乎意料的是，
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试制出来的播种机却根本无法使用。当时试制的播种机是一辆带轮子的车，
车上有个装种子的容器。车轮转动时，种子通过容器下面的金属管或空心犁
刀向下掉。每一个犁刀都在地上犁出一条小小的犁沟，种子便掉进犁沟里。
播种机后面有一个耙子，把犁开的土耙回来盖上种子。
这种播种机之所以不成功，主要是因为机器不能有效地控制种子从容器
掉进土里的速度。而塔尔则成功地解决了这个问题。他把风琴传声结构的作
用原理用在他研制的播种机上，采用一个铜盖和可调节的弹簧来控制种子向
下掉的速度，而铜盖和弹簧的作用方式就如风琴机构中的簧片。
塔尔认为，要是把播种机跟用马来进行的畜耕系统结合起来，就能够使
耕作发生变革，即可以把点播改成条播，从而使农民除草和松土更为方便。
但遗憾的是，塔尔发明的播种机只在自己的农场及周围地区使用，并没有得
到推广。
到19世纪初期，英国人才开始广泛使用播种机播种。在此过程中，两个
播种机的制造者——皮森霍尔的史密斯和利斯顿的加勒特起到了积极的作
用。为了推广播种机，史密斯甚至用车接送那些愿意播种两英亩土地以获取
5先令报酬的人。
虽然塔尔发明了播种机，但他却是一个被埋没的人。正是由于他的这项
发明，才为英国农业的发展奠定了重要基石。
矿工安全灯
（1815年）
矿工安全灯是由英国人发明的。19世纪初，随着英国工业革命的发展，
煤矿的矿井挖得越来越大，越来越深，这大大增加了瓦斯爆炸的危险性。瓦
斯是一种易燃的气体，其主要成份是甲烷。这种气体是从煤层的缝隙中冒出
来的。
瓦斯爆炸通常每年要使成百上千的矿工丧命。一点儿火星就能使矿井变
得像巨大的炮筒一样，引起猛烈的爆炸，1812年，在达勒姆的费林科利里发
生了一次瓦斯爆炸，死了92个矿工。当地的绅士们决定采取措施解决瓦斯爆
炸问题。第二年，他们成立了一个防止事故的团体。
当时有一位叫戴维的化学家，他出生于彭赞斯的科尼什，主要靠自学成
材，但他才华横溢，天赋极高，24岁就成了英国皇家协会的化学教授。1815
年，他被人们邀请解决瓦斯爆炸问题。
戴维对瓦斯进行了认真分析，他发现，瓦斯是氢和碳的化合物，如果不
足6倍或多于14倍的空气混合就不会爆炸。他还发现，这种气体无论以何种
比例跟空气混合，若装混合气体的小管子的直径小于八分之一英寸，也不会
爆炸。
戴维在弄清了瓦斯的这些特性和其他的一些特性之后，就开始试验四种
不同的灯。这些灯用途各异，但都很安全。其中最简单的一种是矿工安全灯。
戴维曾这样描述自己发明的矿工安全灯：“蜡烛或灯在四周都不透气的灯罩
里燃烧，燃烧所需的空气由灯罩下面的管子导入。灯罩上面有一个燃烧室，
废气由烟筒导出。这种灯像普通的灯那样便于携带，而且贵不了多少。”
戴维以后又发现，金属网丝能起到小管的作用，只要孔洞的直径跟它们
的深度相当就行。于是，他用每平方英寸有740个网眼的铁丝网来作灯台。
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这种铁丝网还有一个好处，就是只要有瓦斯，火焰就会变大。这样既给矿工
发出了警报，而变大的火焰又照明了道路，便于迅速逃避。
戴维研制成功矿工安全灯后，并没去申请发明专利。有个叫斯蒂芬森的
工程师也制造出了一种安全灯，他的支持者向戴维提出了挑战。但是戴维的
同时代人绝大多数都支持他，而矿工们则把他们使用的安全灯称为“戴维
灯”。
建筑材料的新发展——水泥
（1824年）
19世纪以前，建筑技术的进步是相当缓慢的，其中一个重要原因是受建
筑材料性能的限制。当时建筑材料不外乎几千年沿用下来的土、木、砖、瓦、
砂、石。19世纪20年代发明了水泥，以后又出现了钢材，从而使建筑技术
发生了飞跃性进步。那么，水泥是怎样发明的呢？
在水泥发明之前，人们为了把砖或石块连结在一起，最早使用的胶结材
料是天然粘土。后来人们发现石灰石经过火烧能变成石灰，具有比粘土更好
的胶凝性。古代罗马人，用一种火山喷射物生成的胶结材料把石块连结成坚
固的整体。火山灰是天然水泥，他们用这种材料建造斗兽场和其他宏伟建筑。
可是，火山灰很有限，而且运输不便。
工业革命以后，要求大规模地建造水上结构，如港口、堤坝、桥涵等，
推动人们去寻找耐水的胶结材料。1774年，英国工程师斯密顿在建造海上灯
塔时，试用石灰、粘土、砂和铁渣的混合物砌筑基础，效果良好。后来又发
现了在石灰浆中加进些砖的粉末后能提高耐火性能。经过反复试验，人们还
逐渐认识到把粘土同石灰石适当地配合并加以锻烧，再磨成细粉，可以制造
出性能良好的胶结材料。1824年，英国石匠营造者亚斯普丁取得了制造这种
材料的专利。他的产品硬化后的颜色和强度，同波特兰地方出产的石材很相
近，因而取名为“波特兰水泥”。
此后，人们逐步掌握水泥的化学成份和性质，不断地改进生产工艺过程，
出现了专门生产水泥的工厂。法国在1840年，德国在1855年分别建设了水
泥制造厂。
进入20世纪，特别是第二次世界大战后，水泥的标号不断提高，水泥产
量不断增加。1960年全世界水泥总产量为3。17亿吨，1970年为5。68亿吨；
1960年全世界平均每人消耗水泥104公斤，1970年为156公斤。
水泥出现以后，用水泥、砂、石和水制作的混凝土，在建筑工程中得到
广泛应用。混凝土凝固以前具有很好的可塑性，能用模子浇注成各种形状，
硬化以后有很高的抗压强度，而且耐火。以后又发明了钢筋混凝土，解决了
混凝土容易破裂的问题，大大提高了建筑质量。水泥成为世界上最重要的建
筑材料之一。
新式取火法——火柴
（1827年）
学会取火是人类文明的重大进步。从考古学的研究来看，周口店的北京
猿人已经有了人为的取火方法。
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过去的取火方法大体有四种：摩擦法、打击法、压榨法和光学发火法。
这当中，最早出现的是摩擦发火法和打击发火法。中国古代传说中有燧人氏
教人钻木取火的故事，所谓钻木取火，就是用一根木棒立在另一块木块上用
力旋转，使它摩擦生热而发火的做法。
在太古时代，主要是用燧石互相打击而取火。到有了钢铁之后，人们便
改用铁块和打火石碰撞的取火法了。
比较科学的取火方法是18世纪末在罗马出现的。那时有人用一根一米多
长的大木棒，在其顶端涂上浓氯酸钾、糖和树胶的混合物，当人们要使用火
时，就把大棒的顶端伸进一个盛有硫酸溶液的器皿里，使二者相遇发生化学
反应而燃烧。这便是火柴的雏形。
1827年，英国化学家约翰·沃克发明了与现代火柴相近似的引火棍。而
这个发明也是很偶然的。有一天，沃克正在集中精力试制一种猎枪上用的发
火药。方法是把金属锑和钾碱混合在一起，然后用一根棍搅拌。这样，棍的
一端便粘上了金属锑和钾碱的混合物。后来，他想把粘在木棍上的混合物在
地上磨掉，以便再利用这根棍来搅拌新配的混合物。然而，正当他把木棍在
地上使劲摩擦时，突然“扑”的一声冒出了火苗，木棍燃烧起来了。
这个发现使沃克非常高兴。他想：如果能利用自己发现的办法制造引火
物，那对人们取火将是多么方便啊！于是，他开始参照自己发现的办法研制
火柴了。1827年4月7日，约翰·沃克制作的第一盒火柴出售了。他的火柴
84根为一盒，售价一先令。火柴盒的一端贴有一小片砂纸，把火柴头夹在砂
纸中间，向外一拉，火柴便点燃了。从此，火柴便在全世界得到了普及。
1830年又出现了黄磷火柴，这种火柴一经摩擦即可引燃，但容易出危
险，而且它的烟有毒。1835年，又有人发明了安全无害的赤磷火柴。到1848
年，德国人又发明了今天通用的安全火柴。火柴的发明，为人类用火提供了
极大的方便。
缝纫机的发明
（1830年）
发明带有针眼的针，可谓是人类历史上最重要的技术进步之一。而针的
出现早得惊人，大约在40000年前的旧石器时代，就有了用猛犸的牙、驯鹿
的骨和海象的牙做成的针。
到18世纪时，有两个英国人在针的使用上做出了新的发明。一位是韦森
霍尔，他在1755年获得了一种双尖针的专利权，这种针的针眼在中间。另一
位是托马斯·圣，他于1790年发明了一个新装置，这种装置具有现代缝纫机
的许多特点，但是没有带针尖和针孔的针。
直到1830年，法国的一个叫坦莫尼尔的穷裁缝才设计出一种真正实用的
缝纫机。这个缝纫机主要是用木头做的，相当笨重。在19世纪40年代，这
种缝纫机主要用来给军队作军服。不幸的是，后来坦莫尼尔的手工工场受到
了洗劫，他本人也险些丧命。但他并没有灰心，决心继续从事自己开创的事
业。他进一步改进了缝纫机，并于1848年在英国和美国获得了专利。
在美国，缝纫机得到了新的发展。纽约的沃尔特·亨特，马萨诸塞州斯
潘塞的伊莱亚斯·豪和艾伦B·威尔�
