موتور بخار، چه به صورت مستقل و چه به عنوان بخشی از یک قطار، اختراعی نمادین در دوران انقلاب صنعتی است. آزمایشی در قرن هفدهم که در اواسط قرن نوزدهم به فناوری تبدیل شد، موتور بخار کارخانه های بزرگ را به حرکت درآورد، امکان استخراج معدن های عمیق تر را فراهم کرد و شبکه ای از حمل و نقل را برقرار ساخت.

قدرت صنعتی پیش از 1750

قبل از سال 1750، که تاریخ شروع معمول و دلخواه انقلاب صنعتی است، اکثر صنایع بریتانیا و اروپا سنتی بودند و به آب به عنوان منبع اصلی قدرت خود تکیه داشتند. جوی ها و چرخ های آبی بخشی مهم از فناوری جاافتاده و شناخته شده بودند، زیرا در چشم انداز بریتانیا موجود و قابل دسترس بودند. با این حال، نیروگیری از آب مشکلات عمده ای ایجاد می کرد زیرا لازم بود نزدیک منبع آب مناسبی باشید که این ممکن بود شما را به مکان های ایزوله هدایت کند. همچنین، آب معمولاً یخ می زد یا خشک می شد. از طرف دیگر، مطالعات نشان می دهند که قدرت آبی از نظر هزینه ارزان بود. آب قبل از انقلاب صنعتی برای حمل و نقل حیاتی بود و رودخانه ها و تجارت ساحلی نقش های عمده ای در جامعه ایفا کردند. همچنین از حیوانات برای قدرت و حمل و نقل استفاده می شد، اما به دلیل نیاز به غذا و مراقبت، هزینه بر بودند. برای اینکه صنعتی سازی سریع تر اتفاق بیفتد، به منابع قدرت جایگزین نیاز بود.

توسعه بخار

مردم در قرن هفدهم با موتورهای بخار به عنوان راه حلی برای مشکلات قدرت آزمایش کردند و در سال 1698، توماس ساوری "ماشین برای بالا بردن آب با آتش" را اختراع کرد. این ماشین که در معدن های قلع کرنی مورد استفاده قرار می گرفت، آب را با حرکتی ساده از بالا به پایین پمپ می کرد که کاربرد محدودی داشت و نمی توانست به ماشین آلات متصل شود. همچنین این ماشین تمایل به انفجار داشت. علاوه بر این، توسعه بخار به خاطر پتنتی که ساوری به مدت سی وپنج سال در اختیار داشت، متوقف شد. در سال 1712، توماس نیوکومن نوعی موتور متفاوت توسعه داد و از پتنت ها عبور کرد. موتور نیوکومن ابتدا در معدن های زغال سنگ استافوردشایر مورد استفاده قرار گرفت و اکثر محدودیت های قدیمی را داشت و هزینه بر بود—اما مزیت برجسته اش این بود که منفجر نمی شد.

در نیمه دوم قرن هجده، مخترع جیمز وات—شخصی که بر روی توسعه دیگران کار کرده و به یکی از بازیگران اصلی فناوری بخار تبدیل شد—یک کندانسور جداگانه به موتور نیوکومن افزود که مصرف سوخت را کاهش داد؛ در این دوره—در سال 1793—او با افرادی که در صنعت تولید آهن مشغول بودند، همکاری می کرد. وات سپس با یک تولیدکننده اسباب بازی پیشین که شغلش را تغییر داده بود، همکاری کرد. در سال 1781، وات، ماتیو بولتون و ویلیام ماردوک "موتور بخار با حرکت چرخشی" را ساختند. موتور آنها یک پیشرفت بود زیرا می توانست به عنوان نیروی محرکه ماشین آلات استفاده شود و در سال 1788، یک تنظیم کننده گریز از مرکز به آن افزوده شد تا موتور را در سرعت یکنواخت نگه دارد. اکنون یک منبع قدرت جایگزین برای صنعت گسترده وجود داشت و پس از سال 1800، تولید انبوه موتورهای بخار آغاز شد.

با توجه به شهرت بخار در انقلاب صنعتی که به طور سنتی از سال 1750 آغاز شده است، بخار به طور نسبی به آرامی پذیرفته شد. قبل از استفاده گسترده از قدرت بخار، بسیاری از صنایع قبلاً توسعه یافته و بدون آن به رشد و بهبود ادامه داده بودند. هزینه اولیه یکی از عواملی بود که باعث می شد موتورهای بخار به تدریج پذیرفته شوند، زیرا صنعتگران از منابع دیگر قدرت استفاده می کردند تا هزینه های راه اندازی خود را کاهش دهند و از ریسک های عمده جلوگیری کنند. برخی از صنعتگران با نگرش محافظه کارانه ای مواجه بودند که به آرامی به سمت بخار حرکت کرد. شاید مهم تر از همه، نخستین موتورهای بخار ناکارآمد بودند و نیاز به مصرف زیاد زغال سنگ و تأسیسات تولیدی بزرگ برای عملکرد مناسب داشتند، در حالی که بسیاری از صنایع در مقیاس کوچک کار می کردند. کاهش قیمت زغال سنگ و بزرگ تر شدن صنایع به زمان نیاز داشت (تا دهه های 1830/1840).

تأثیر بخار بر صنعت نساجی

صنعت نساجی از منابع مختلف قدرت استفاده می کرد، از آب تا نیروی انسانی در بین کارگران متعدد سیستم خانگی. نخستین کارخانه در ابتدای قرن هجدهم ساخته شد و از قدرت آبی استفاده می کرد زیرا در آن زمان تولید نساجی با مقدار کمی قدرت امکان پذیر بود. گسترش در ابتدا به صورت گسترش بیشتر بر روی رودخانه ها برای چرخ های آبی انجام شد. هنگامی که ماشین آلات بخار به کار گرفته شدند، در حوالی سال 1780، صنعت نساجی به طور اولیه به کندی این فناوری را پذیرفت، زیرا این فناوری هزینه بر بود و نیاز به هزینه های بالای راه اندازی داشت و مشکلاتی را به دنبال داشت. با این حال، با گذشت زمان، هزینه های بخار کاهش یافت و استفاده از آن افزایش پیدا کرد. در سال 1820، قدرت آب و بخار تقریباً برابر بود و تا سال 1830 بخار به طور قابل توجهی جلوتر بود که افزایش زیادی در بازدهی صنعت نساجی به همراه داشت و کارخانه های جدیدی ایجاد کرد.

تأثیرات بر زغال سنگ و آهن

صنایع زغال سنگ، آهن و فولاد در دوران انقلاب به طور متقابل یکدیگر را تحریک کردند. نیاز واضحی به زغال سنگ برای تأمین انرژی موتورهای بخار وجود داشت، اما این موتورهای بخار همچنین امکان حفاری های عمیق تر و تولید بیشتر زغال سنگ را فراهم کردند که به نوبه خود سوخت را ارزان تر کرده و بخار را نیز ارزان تر می کرد و بنابراین تقاضا برای زغال سنگ بیشتر می شد.

صنعت آهن نیز بهره مند شد. در ابتدا، بخار برای پمپاژ آب به مخازن استفاده می شود، اما به زودی این فناوری توسعه پیدا کرد و بخار برای تأمین انرژی کوره های ذوب بزرگ تر و بهتر استفاده شد که امکان افزایش تولید آهن را فراهم می کرد. موتورهای بخار با حرکت چرخشی می توانستند به سایر بخش های فرآیند آهن سازی متصل شوند و در سال 1839، چکش بخار به طور رسمی مورد استفاده قرار گرفت. بخار و آهن از سال 1722 به هم پیوند خوردند، زمانی که داربی، یک صنعتگر آهن و نیوکومن با هم برای بهبود کیفیت آهن برای تولید موتورهای بخار همکاری کردند. آهن بهتر به معنای مهندسی دقیق تر برای بخار بود. اطلاعات بیشتری در مورد زغال سنگ و آهن وجود دارد.

اهمیت موتور بخار

موتور بخار ممکن است نماد انقلاب صنعتی باشد، اما در این مرحله نخستین صنعتی چقدر مهم بود؟ تاریخ نگارانی مانند دین گفته اند که موتور در ابتدا تأثیر کمی داشت، زیرا تنها قابل استفاده در فرآیندهای صنعتی بزرگ بود و تا سال 1830، اکثر آنها در مقیاس کوچک بودند. او اذعان می کند که برخی صنایع از آن استفاده کردند، مانند صنعت آهن و زغال سنگ، اما هزینه سرمایه گذاری تنها برای اکثر آنها پس از سال 1830 توجیه پذیر شد به دلیل تأخیر در تولید موتورهای قابل استفاده، هزینه های بالا در آغاز، و سهولت استخدام و اخراج کارگران در مقایسه با موتور بخار. پیتر ماتیاس نیز به همین موضوع تأکید می کند، اما تأکید دارد که بخار باید هنوز هم به عنوان یکی از پیشرفت های کلیدی انقلاب صنعتی در نظر گرفته شود، پیشرفتی که نزدیک به انتهای آن اتفاق افتاد و مرحله دوم متکی به بخار را آغاز کرد.