Железо — металл войны, труда, искусства. Роль железа в развитии цивилизации

На земле ценилось значительно дороже золота. Советский историк Г. Арешян изучал влияние железа на древнюю культуру стран Средиземноморья.

Он приводит такую пропорцию: 1:160: 1280: 6400. Это соотношение стоимостей меди, серебра, золота и железа у древних хеттов. Как свидетельствует в «Одиссее» Гомер, победителя игр, устроенных Ахиллесом, награждали куском золота и куском железа.

Было в равной степени необходимо и воину, и пахарю, а практическая потребность, как известно,- лучший двигатель производства и технического прогресса.

Термин «железный век» введен в науку в середине XIX в. датским археологом К. Ю. Томсеном. «Официальные» границы этого периода человеческой истории: от IX-VII вв. до н. э. когда у многих народов и племен Европы и Азии начала развиваться металлургия железа, и до времени возникновения у этих племен классового общества и государства. Но если эпохи называть по главному материалу орудий труда, очевидно, железный век продолжается и сегодня.

Как получали наши далекие предки? Сначала так называемым сыродутным методом. Сыродутные печи устраивали прямо на земле, обычно на склонах оврагов и канав. Они имели вид трубы. Эту трубу заполняли древесным углем и железной рудой. Уголь зажигали, и ветер, дувший в склон оврага, поддерживал горение угля.

Железная руда восстанавливалась, и получалась мягкая крица -железо с включениями шлака. Такое железо называют сварочным; в нем содержалось немного углерода и примесей, перешедших из руды. Крицу ковали, куски шлака отваливались, и под молотом оставалось железо, пронизанное шлаковыми нитями. Из него отковывали различные орудия.

Век сварочного железа был долгим, однако людям древности и раннего средневековья было знакомо и другое железо. Знаменитую дамасскую сталь (или булат) делали на Востоке еще во времена Аристотеля (IV в. до н. э.). Но технология ее производства, так же как процесс изготовления булатных клинков, много веков держалась в секрете.

От домницы к домне

Сыродутный процесс во многом зависел от погоды: нужно было, чтобы ветер обязательно задувал в «трубу». Стремление избавиться от капризов погоды привело к созданию мехов, которыми раздували огонь в сыродутном горне. С появлением мехов отпала надобность устраивать сыродутные горны на склонах. Появились печи нового типа - так называемые волчьи ямы, которые выкапывали в земле, и домницы, которые возвышались над землей. Их делали из камней, скрепленных глиной. В отверстие у основания домницы вставляли трубку мехов и начинали раздувать печь. Уголь сгорал, а в горне печи оставалась уже знакомая нам крица. Обычно, чтобы вытащить ее наружу, выламывали несколько камней в нижней части печи. Затем их опять закладывали на место, заполняли печь углем и рудой, и все начиналось сначала.

Само слово «домница» происходит от славянского слова «дмути», что означает «дуть». От этого же слова происходят слова «надменный» (надутый) и «дым». По-анг-лийски доменная печь называется, как и по-русски, дутьевой - blast furnace. А во французском и немецком языках эти печи получили название высоких (Hochofen по-немецки и haut fourneau по-французски).

Домницы становились все больше. Увеличивалась производительность мехов; уголь горел все жарче, и железо насыщалось углеродом.

При извлечении крицы из печи выливался и расплавленный чугун - железо, содержащее более 2% углерода и плавящееся при более низких температурах. В твердом виде чугун нельзя ковать, он разлетается на куски от одного удара молотом. Поэтому чугун, как и шлак, считался вначале отходом производства. Англичане даже назвали его «свинским железом» - pig iron. Только потом металлурги сообразили, что жидкий чугун можно заливать в формы и получать из него различные изделия, например пушечные ядра.

К XIV-XV вв. доменные печи, производившие чугун, срочно вошли в промышленность. Высота их достигала 3 м и более, они выплавляли литейный чугун, из которого лили уже не только ядра, но и сами пушки.

Подлинный поворот от домницы к домне произошел лишь в 80-х годах XVIII в., когда одному из демидовских приказчиков пришла в голову мысль подавать дутье в доменную печь не через одно сопло, а через два, расположив их по обеим сторонам горна. Лиха беда начало! Число сопел, или фурм (как их теперь называют), росло, дутье становилось все более равномерным, увеличивался диаметр горна, повышалась производительность печей.

Еще два открытия сильно повлияли на развитие доменного производства. Долгие годы топливом доменных печей был древесный уголь. Существовала целая отрасль промышленности, занимавшаяся выжиганием угля из дерева. В результате леса в Англии вырубили до такой степени, что был издан специальный указ королевы, запрещающий уничтожать лес ради нужд черной металлургии. После этого английская металлургия стала быстро хиреть. Британия была вынуждена ввозить чугун из-за границы, главным образом из России. Так продолжалось до середины XVIII в., когда Абрагам Дерби нашел способ получения кокса из каменного угля, запасы которого в Англии очень ведшей. Кокс стал основным топливом для доменных печей.

С изобретением кокса связана легенда о Даде Дадли, который якобы изобрел коксование еще в XVI в., задолго до Дерби. Но фабриканты древесного угля испугались за свои доходы и, сговорившись, убили изобретателя.

В 1829 г. Дж. Нилсон на заводе Клейд (Шотландия) впервые применил вдувание в домны нагретого воздуха. Это нововведение повысило производительность печей и резко снизило расход топлива.

Последнее значительное усовершенствование доменного процесса произошло уже в наши дни. Суть его - замена части кокса дешевым природным газом.

Что такое булат

И булат, и дамасская сталь по химическому составу не отличаются от обычной нелегированной стали. Это железа с углеродом. Но в отличие от обычной углеродистой стали булат обладает очень большой твердостью и упругостью, а также способностью давать лезвие исключительной остроты.

Секрет булата не давал покоя металлургам многих веков и стран. Каких только способов и рецептов не предлагалось! В железо добавляли , драгоценные камни, слоновую кость. Придумывались хитроумнейшие (и порой ужаснейшие) «технологии». Один из древнейших советов: для закалки погружать клинок не в воду, а в тело мускулистого раба - чтобы его сила перешла в сталь.

Раскрыть секрет булата удалось в первой половине прошлого века замечательному русскому металлургу П. П. Аносову. Он брал самое чистое кричное железо и помещал его в открытом тигле в горн с древесным углем. Железо, плавясь, насыщалось углеродом, покрывалось шлаком из кристаллического доломита, иногда с добавкой чистой железной окалины. Под этим шлаком оно очень интенсивно освобождалось от кислорода, серы, фосфора и кремния. Но это было только полдела. Нужно было еще охладить сталь как можно спокойнее и медленнее, чтобы в процессе кристаллизации сначала могли образоваться крупные кристаллы разветвленной структуры - так называемые дендриты. Охлаждение шло прямо в горне, заполненном раскаленным углем. Затем следовала искусная ковка, которая не должна была нарушить образовавшуюся структуру. Другой русский металлург - Д. К. Чернов впоследствии объяснил происхождение уникальных свойств булата, связав их со структурой. Дендриты состоят из тугоплавкость но относительно мягкой стали, а пространство меж их «ветвями» заполняется в процессе застывания металла более насыщенной углеродом, а следовательно, и более твердой сталью. Отсюда большая твердость и большая вязкость одновременно. При ковке этот стальной «гибрид» не разрушается, сохраняется его древовидная структура, но только из прямолинейной она превращается в зигзагообразную. Особенности рисунка в значительной мере зависят от силы и направления ударов, от мастерства кузнеца.

Дамасская сталь древности - это тот же булат, но позднее так называли сталь, полученную путем кузнечной сварки из многочисленных стальных проволочек или полос Проволочки делались из сталей с разным содержанием углерода, отсюда те же свойства, что и у булату. В средние века искусство приготовления такой стали достигло наибольшего развития. Известен японский клинок, в структуре которого обнаружено около 4 млн. микроскопически тонких стальных нитей. Естественно, процесс изготовления оружия из дамасской стали еще более трудоемок, чем процесс изготовления булатных сабель.

Железо - один из наиболее распространенных элементов: земная кора содержит около 5% железа. Однако лишь сороковая часть этих запасов сконцентрирована в виде месторождений, пригодных для разработки. Основные рудные минералы железа - магнетит, гематит, бурый железняк и сидерит. Само слово «железо» произошло, как полагают одни ученые, от санскритского «джальжа» - металл, руда. Другие считают, что в основе русского названия лежит другой санскритский корень — «жель», означающий «блестеть», «пылать».

Метеоритное железо

Первое железо, попавшее в руки человека, было не земного, а космического происхождения: железо входило в состав метеоритов, падающих на Землю. Поэтому шумеры называли его «небесной медью», а древние копты - «небесным камнем». В эпоху первых династий Ур в Месопотамии железо именовали ан-бар (небесное железо). Египтяне всегда изображали железные предметы синими - цвета неба. В папирусе Эберса (ранее 1500 г. до н. э.) о нем говорится как о металле небесного изготовления.

Самый крупный железный метеорит был найден в 1920 г. в юго-западной части Африки. Это метеорит «Гоба», весящий 60 т.

О том, что древние люди пользовались вначале именно железом метеоритного происхождения, свидетельствуют распространенные у некоторых народов мифы о богах, сбросивших с неба железные предметы и орудия, - плуги, топоры. Метеоритное железо подвергается ковке в холодном состоянии, поэтому люди начали изготавливать из него простейшие орудия. Метеоритное железо обрабатывали так же, как и медь. При холодной ковке оно приобретает нужную форму и одновременно становится прочнее и тверже, а отжиг в огне снова делает кованый металл мягким.

«Сыродутное» железо

Несмотря на повсеместное использование железа на земле после бронзового века, способ получения его непосредственно из руды не менялся на протяжении 3000 лет, до тех пор, пока в Европе в XIII в. не изобрели доменную печь. Способ этот назывался «сыродутным», так как «сырую» болотную или луговую руду закладывали в обмазанную глиной яму вместе с древесным углем, а затем через отверстие в нижней части ямы дули ручными, а позднее механическими мехами. В результате этого, окись железа превращалась в металл, а пустая порода стекала вниз, а на самом дне печи скапливались зерна железа, которые, слипаясь, образовывали «крицу», то есть рыхлую губчатую массу, пропитанную шлаками. Раскаленную добела крицу вынимали, быстро проковывали, отжимая из нее шлак, и сваривали в монолитный кусок железа лепешкообразной формы.

Само по себе кричное железо являлось сплавом с углеродом, процентное содержание которого не превышало сотых долей. В наше время название железоуглеродистого сплава зависит от пропорций углерода к металлу: если в железе до 2 % углерода, то оно называется сталью. Стоит отметить, что если углерода меньше 0,25 %, то сплав носит название мягкой стали (малоуглеродистой), а по старой терминологии именно она называлась железом. Когда углерода более 2 %, то железный сплав называют чугуном.

Загадка древней колонны

В Дели стоит знаменитая Кутубская колонна весом около 6,5 т, ее высота 7,5 м, диаметр 42 см у основания и до 30 см у верха. Изготовлена она почти из чистого железа (99,72%), чем и объясняется ее долголетие. До сих пор на ней не обнаружено ржавчины. Колонна была воздвигнута в 415 г. в честь царя Чандрагупты II. По народному поверью, у того, кто прислонится к колонне спиной и сведет за ней руки, исполнится заветное желание.

Как же смогли древние металлурги изготовить эту чудную колонну, перед которой бессильно время? Древняя Индия издавна славилась искусством своих металлургов. О выплавке железа в Индии говорится в Ригведах - священных книгах, относящихся примерно к XIII-XII вв. до н. э. Таким образом, ко времени создания колонны металлургия Индии имела, по крайней мере, полуторатысячелетнюю историю, и железо уже стало применяться для изготовления плугов.

По вопросу о способе изготовления замечательной колонны до сих пор нет единого мнения. Некоторые авторы считают, что колонна изготовлена методом сварки отдельных криц массой по 36 кг и последующей их ковкой. По мнению других специалистов, древние металлурги для получения чистого железа растирали губку сварочного железа в порошок и просеивали его. А потом полученный чистый порошок железа нагревали до красного каления и под ударами молота его частицы слипались в одно целое — сейчас это называется методом порошковой металлургии.

Непревзойденный в литье

При доменном процессе получаются три вида чугуна:

• литейный (серый),
• передельный (белый),
• специальный чугун (ферросплавы).

Литье из серого литейного чугуна хорошо работает на сжатие, в два раза слабее на изгиб и в три-четыре раза хуже на растяжение, - эти свойства необходимо учитывать при проектировании художественных изделий, предназначенных под отливку. Серый чугун, благодаря своей высокой коррозийной стойкости, чрезвычайно широко применяется в изготовлении изделий экстерьерного характера: парковых декоративных скульптур, ваз и фонтанов, садовых оград, ворот, надгробных плит и решеток. А долговечность и прочность на истирание делают его незаменимым материалом для ступеней и ограждений лестниц.

Наконец, исключительно высокие литейные свойства позволяют отливать тончайшие ажурные предметы с красивым черно-коричневым цветом. Превосходно получаются из чугуна и мелкие бытовые предметы: пепельницы, дверные ручки, туалетные принадлежности и даже цепочки для часов.

Во кузнице

Сталь - самый распространенный сплав из «семейства» железоуглеродистых. С глубокой древности кузнецы научились получать из железной руды не только мягкое железо, но и высокоуглеродистую сталь. В Древней Руси, например, она вместе с железом шла на изготовление сложноузорчатых сварных клинков мечей, кинжалов и ножей. Технология производства данных видов изделий была невероятно сложной и трудоемкой. Не случайно древнерусские кузнецы почитались как особое привилегированное сословие. А в раннюю языческую эпоху их считали самыми могучими, мудрыми и незаменимыми людьми, ибо сам бог грома и молнии Перун был их покровителем и советчиком.

В древнерусских письменных источниках сталь именуют специальными терминами: «Оцел», «Харолуг» и «Уклад». Говоря о железе и стали, невозможно не упомянуть об еще раз об Индии. Из записей одного арабского географа XII в. можно узнать, что в то время Индия славилась производством железа и стали. Оказывается, сталь эта служила непосредственным сырьем для получения из нее тех сортов булата, которые впоследствии использовали кузнецы Персии, Сирии, и Египта при изготовлении клинков мечей и сабель. И получается, что родиной дамасской стали являлся отнюдь не Дамаск, а Индия.

Металл драгоценнее золота

На Ближнем Востоке и в Китае железо было известно уже за 2400 лет до н. э., а в Египте еще раньше. В Центральной Европе ранний железный век приходится примерно на 1000-450 гг до н. э. Эту эпоху называют гольштаттской по названию города в Австрии, в окрестностях которого археологи нашли много железных предметов.

Одними из первых железо из руды стали получать халибры - легендарный народ, живший в Закавказье около 1500 г. до н. э. В сыродутных горнах железную руду восстанавливали древесным углем и получали ковкое, так называемое кричное железо. В древности у некоторых народов железо ценилось дороже золота. Лишь представители знати могли украшать себя изделиями из железа, причем нередко в золотой оправе.

В Древнем Риме из железа изготавливали даже обручальные кольца. Дошедшие до нас документы рассказывают, что один из египетских фараонов обратился к царю хеттов с просьбой прислать ему железо в обмен на любое количество золота. В египетских гробницах, наряду с другими ценностями, было найдено ожерелье, в котором железные бусы чередовались с золотыми.

Разноцветный металл с узором

Нет ничего необычного в том, что любой из известных нам металлов, подвергаясь какой-либо обработке, может менять цвет. «Палитра» того или иного металла зависит и от степени нагрева, и от самой обработки, и от химических свойств. Но невозможно представить голубое золото или красное серебро. Напротив, железо, а соответственно сталь и чугун во всех своих «ипостасях», имеет несравнимую ни с каким другим металлом цветовую растяжку.

В холодном состоянии оно может быть серым, черным, почти белым, голубым, и синим, золотистым и красноватым. Более того, железо является единственным металлом, который может сам себя украшать декоративным орнаментом, проступающим как бы изнутри. Варианты этого фактурного орнамента бесконечны, и их нельзя причислить ни к одному из общеизвестных, так как этот рисунок рождается самим металлом.

Появление железа и его роль в истории

Технические достижения Древнего Востока

Ирригационное земледелие в цивилизациях Древнего Востока

Донаучные знания первобытного общества

Неолитическая революция

Зарождение первобытного искусства и его технические приемы

Эволюция жилища в первобытную эпоху

Техника и технологии каменной индустрии

Основные противоречия и закономерности в развитии науки и техники

Периодизация науки и техники

Роль науки и техники в истории человечества

Выводы

1. Историко-экономическая наука оформилась как самостоятельная ветвь системы экономических наук в XIX в. История экономики и экономической мысли изучает развитие экономических процессов, структур, институтов, деятельности, событий и теорий. В центре ее внимания находится эволюция хозяйства, а не общества.

Экономика – правильное (эффективное) ведение хозяйства, ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ представляет собой среду жизнедеятельности общества. Структуру модели экономики образуют три базовых элемента: экономическая основа развития общества, экономическое управление и оптимизация потенциала экономики.

2. Основными методами истории экономики и экономической мысли являются исторический, логический, причинно-генетический, структурно-функциональный, хронологический, сравнительно-исторический, исторического моделирования, математической статистики, социальной психологии.

Приоритетными функциями истории экономики и экономической мысли являются: прагматические, ценностные, культурные, фундаментальные и мировоззренческие.

3. Выделяют несколько подходов к периодизации истории экономики и экономической мысли – формационный, цивилизационный и циклический.В соответствии с периодизацией структура курса условно делится на пять разделов. За критерий делœения принята история формирования теории рыночной экономики.

Тема 2. Доцивилизационное накопление знаний и развитие техники

Тема 3. Развитие науки и техники в цивилизациях Древнего мира

4. Научные знания в древневосточных государствах:

· Зарождение и развитие первых систем письменности

· Начало математических знаний и календаря

5. Становление античной науки:

· ʼʼШтаныʼʼ Пифагора

· Евдокс Книдский и доказательство шарообразности земли

· Гелиоцентрическая система Аристарха Самосского

· ʼʼИсторияʼʼ - энциклопедия Геродота

· Клятва Гиппократа

· Анаксагор и теория бесконечно малых

· Протагор: ʼʼЧеловек - есть мера всœех вещейʼʼ

· Платон и ʼʼЛицейʼʼ

· Аристотель и ʼʼАкадемияʼʼ

· Эратосфен и радиус земного шара

· Паровая турбина и театр автоматов Герона

· ʼʼГеометрияʼʼ Евклида

· Архимед. Рождение механики

· Александрийский Мусей

· Витрувий ʼʼ10 книг об архитектуреʼʼ

· Карта Клавдия Птолемея

· ʼʼГеографияʼʼ Страбона

6. Важнейшие технические достижения античной цивилизации:

· Техника и война (метательная артиллерия, фаланга, легион)

· In vino veritas (агротехнические новшества)

· Построено на века (римский цемент, римский бетон, арки и купола, акведуки, термы, римские дороги)

Тема 4. Наука и техника в Средние века

1. Технические достижения Арабского Востока (VII-XII вв.):

· Арабская архитектура и строительная техника

· Особенности арабских городов VII-XI вв. (Дамаск, Багдад и другие)

· ʼʼСделано на Востокеʼʼ: производство бумаги, стекла, хлопчатых и шелковых тканей, дамасская сталь, парфюмерия и косметика

2. Наука арабско-мусульманской цивилизации:

· Сохранение и развитие античных знаний

· Алгоритм ‑ аль-Хорезми и математика

· Ученый-энциклопедист аль-Бируни

· Алхимия и алхимики Арабского Востока

· Ибн-Сина (Авиценна) – ученый, врач, философ, музыкант

· Астрономия и обсерватории арабского мира

· Философия Востока ‑ ибн-Рушд (Аверроэс) и Омар Хайям

· Арабские путешественники, географы и мореплаватели (Масуди, ибн-Баттута)

3. Техника и изобретения раннего Средневековья:

· Технический регресс и новый подъем

· Греческий огонь

· Заимствования у кочевников (конская упряжь, седло, стремена, подкова, верховая езда, пахота на лошадях)

· Викинги – короли моря

· Ремесло средневековой цивилизации: традиции и новации

· Строительство и архитектура Византии, Западной Европы и Руси

· Средневековый город

· Крестовые походы и новации Востока

4. Наука и образование средневековой Европы:

· Византийская наука ‑ грамматик Фотий, Лев Математик и начало алгебры, Козьма Индикоплов

· Христианство и наука (Исидор Севильский. Беда Достопочтенный. ʼʼАкадемияʼʼ Карла Великого. Сильвестр II)

· Монах-ученый Роджер Бэкон

· Первые университеты

· Церковь против изобретателœей

5. Изобретения и открытия в эпоху Возрождения (XIV-XVI вв.):

· Расцвет ветряных и водяных мельниц

· Распространение сахарного тростника, чая, кофе, хлопка

· Революция в военной технике – появление пороха и огнестрельного оружия

· Механические часы

· Компас, каравелла и Великие географические открытия

· Колумб и агротехническая революция: кукуруза, картофель, табак, какао

· Географические представления средневековья и путешествие Марко Поло

· Иоганн Гуттенберг и первая печатная книга

· Поэзия камня – Собор Парижской Богоматери

6. Наука Ренессанса:

· Изобретатель, мастер, художник, архитектор, ученый – единая профессия в эпоху Возрождения

· Леонардо да Винчи, соединивший науку, технику и искусство

· Гелиоцентрическая модель мира Н. Коперника

· Семь цветов радуги Франческо Мавролико

· Бесконечность Вселœенной Джордано Бруно

· Политология Н. Макиавелли

· Утопия Т. Мора и Т. Кампанеллы

· Полидор Вергилий ʼʼОб изобретателях вещейʼʼ

· Реформация: вместо веры в Бога ‑ вера в науку

Тема 5. Новое время: научная революция и рождение современной (классической) науки (XVII-XIX вв.)

1. Формирование науки как формы познания окружающего мира:

· Первые научные сообщества: Лондонское королевское сообщество и Французская королевская академия наук

· Три закона небесной механики И. Кеплера

· Исследователь природы Р. Декарт

· Телœескоп Галилео Галилея

· ʼʼСистема мираʼʼ И. Ньютона

· Изобретатель логарифмов Д. Непер

· Священник и логарифмическая линœейка ‑ У. Отред

· Теория естественного права Б. Спинозы, Т. Гоббса и Д. Локка

· Эмпирический (Ф. Бэкон) и рационалистический (Г. Лейбниц) методы познания окружающего мира

· Общественный договор и правовое государство Т. Гоббса и Дж. Локка

2. Технический прогресс в XVII-XVIII вв.:

· Механизация мануфактурного производства (гидроустановки)

· Новации в металлургии (доменные печи, чугунолитейное производство и т.д.)

· Новый инструмент инженеров ‑ теоретическая механика

· Возникновение приборостроения

· Механик и изобретатель токарных станков А.К. Нартов

· Новое слово в транспорте ‑ дилижанс и омнибус

· Паро-атмосферная машина Т. Ньюкомена

· Изобретение парового двигателя (Дж. Уатт)

· Эпоха морских войн (XVII в.) и развитие военного флота

· Петровские реформы и создание новой промышленности России

· Россия ‑ родина боевых ракет

3. Развитие науки в эпоху европейского Просвещения:

· ʼʼПринцип Даламбераʼʼ (Ж. Даламбер)

· Философы-просветители (Вольтер, Ш. Монтескье, Д. Дидро, Ж.-Ж. Руссо)

· Классическая политэкономия (У. Петти, А. Смит, Д. Рикардо)

· Шкала А. Цельсия

· М.В. Ломоносов – титан русской науки

· Суммирующая машина Б. Паскаля

· ʼʼЛейденская банкаʼʼ П. Мушенбрука

Тема 6. Эпоха промышленного переворота

1. Основные закономерности развития науки и техники в XVIII-XIX вв.:

· Европа на пороге промышленной революции

· Англия – ʼʼмастерская мираʼʼ

· Формирование фабрично-заводской системы производства

· Передел мира и создание колониальных систем

· Социальные последствия промышленной революции: новые общественные классы (промышленники и рабочие)

· Урбанизация и промышленные города

· Принципиальное изменение в связях науки с производством

· Возникновение технологии как науки о производстве

2. Промышленный переворот: от мануфактуры к машинному производству (вторая половина XVIII – конец XIX вв.):

· Механизация текстильной промышленности (ʼʼЛетающий челнокʼʼ Кея. Прялка ʼʼДженниʼʼ. ʼʼВатер-машинаʼʼ Аркрайта. ʼʼМюль-машинаʼʼ Кромптона. Станок Жаккара)

· Пароход ‑ изобретение Роберта Фултона

· Паровоз ‑ Р. Тревитик и Дж. Стефенсон

· Начало века стали: использование каменного угля, конвертер Бессмера, мартеновская печь

· Новое слово в военной технике: казнозарядная винтовка, новые взрывчатые вещества (пироксилин и нитроглицерин), нарезные артиллерийские орудия, пушки Круппа

3. Классическая наука (XVIII-XIX вв.):

· Формирование классических технических наук (прикладная механика, теплотехника, электротехника)

· Парижская политехническая школа как прообраз научного образования инженеров

· Открытия в области электричества и электромагнетизма (Б. Франклин, А. Вольта͵ М. Фарадей, Дж. Максвелл)

· Исаак Ньютон и ʼʼНачала…ʼʼ

· Атомистика Дж. Дальтона

· А. Лавуазье и закон сохранения вещества

· Роберт Бойль и его роль для становления химии как науки

· Д. И. Менделœеев и периодическая система элементов

· Систематизация видов: Линней и Бюффон

· Чарльз Дарвин и учение о происхождении видов

· Пастер и бактериология – начало научной медицины

· Г. Мендель и рождение генетики

Тема 7. Наука и техника в конце XIX – первой половинœе XX вв.

1. Уровень развития и достижения в техники в конце XIX ‑ начале ХХ вв.:

· Всеобщая электрификация производства и быта

· Динамо-машины, электродвигатели и электростанции

· Двигатели внутреннего сгорания

· Новые искусственные материалы (целлулоид, карболит, искусственный шелк, синтетический каучук, красители)

· Новые строительные материалы: портландцемент, желœезобетон, желœезные и стальные конструкции (ʼʼКристаллпаласʼʼ, Эйфелœева башня, Бруклинский мост, небоскребы США)

· Изменение градостроительных стратегий с условием развития транспорта и новых требований к качеству жизни (водопровод, канализация, электрическое освещение)

· Желœезные дороги как залог развития: магистраль Берлин-Багдад, Транссибирская магистраль

· Паровоз, паровоз-компаунд, электровоз

· Метры автомобилестроения и их детища: автомобили Бенца и Даймлера

· Конвейер Г. Форда

· Стальные гиганты в борьбе за море: корабли из металла, увеличение размеров судов, трансатлантические лайнеры

· ʼʼТитаникʼʼ ‑ символ эпохи

· Первые теплоходы и появление специализированных кораблей (танкеры, ледоколы)

· Дирижабли, аэропланы, самолеты (самолет Можайского, братья Райт, Фарман и Блерио, самолеты Сикорского)

· Теоретическая космонавтика (Циолковский)

· Телœефон (Юз и Эдисон)

· Изобретение радио (Попов и Маркони)

· Развитие фотографии

· Возникновение кинœематографа

· Рождение телœевидения

2. Становление ʼʼНеклассической наукиʼʼ и революция в естествознании:

· Наука ‑ движущая сила общественного прогресса

· Нобелœевская премия в области физики, химии, физиологии и медицины (1895 ᴦ.) как индикатор базовых направлений и достижений науки

· Открытие радиоактивности ‑ М. Складовская-Кюри и Э. Розерфорд

· Квантовая теория М. Планка и Н. Бора

· Теория относительности А. Энштейна

· Ноосфера ‑ учение В.И. Вернадского

· ʼʼСобака Павловаʼʼ ‑ физиология высшей нервной деятельности (И.П. Павлов)

· Экология: возникновение, развитие, мировоззрение

· Н. Винœер и создание кибернетики

· Вычислительная техника: создание ЭВМ и появление персональных компьютеров

· Ядерная физика ‑ расщепление атомного ядра и использование атомной энергии в военных и мирных целях

· Век пластмасс

· Наука и техника для медицины: электрокардиография, искусственное сердце и почка, антибиотики, трансплантация

3. Роль науки и техники в мировых войнах:

· Роль технических средств в Первой мировой войне

· ʼʼАдский косильщикʼʼ ‑ пулемет Максима

· Броненосцы и дредноуты

· Торпеды и миноносцы

· Подводная война: субмарины

· Война в воздухе: дирижабли и авиация

· Химическое оружие на фронте

· Танк – стальной аргумент на поле боя

· Война машин ‑ превосходство военной техники как гарантия победы во Второй мировой войне

· Новое слово в авиации: стратегические бомбардировки, реактивная авиация

· ʼʼОружие возмездияʼʼ: развитие ракетной техники

· Война на море по новым правилам: авианосœец и подводная лодка

· Создание ядерного оружия

Появление железа и его роль в истории - понятие и виды. Классификация и особенности категории "Появление железа и его роль в истории" 2017, 2018.

Железные сплавы

Более-менее общеизвестно, что материал, в обиходе называемый железом, даже в простейшем случае представляет собой сплав собственно железа, как химического элемента, с углеродом . При концентрации углерода менее 0.3% получается мягкий пластичный тугоплавкий металл, за которым и закрепляется название его основного ингредиента - железа. Представление о том железе, с которым имели дело наши предки, сейчас можно получить, исследовав механические свойства гвоздя.

При концентрации углерода более 0,3%, но менее 2,14% сплав называется сталью . В первозданном виде сталь походит по своим свойствам на железо, но, в отличие от него, поддается закалке - при резком охлаждении сталь приобретает большую твёрдость - замечательное достоинство, однако, почти совершенно сводимое на нет благоприобретенной в процессе той же закалки хрупкостью.

Наконец, при концентрации углерода свыше 2,14% мы получаем чугун . Хрупкий, легкоплавкий, хорошо пригодный для литья, но не поддающийся обработке ковкой, металл.

Первым шагом в зарождающейся чёрной металлургии было получение железа путём восстановления его из окиси. Руда перемешивалась с древесным углем и закладывалась в печь. При высокой температуре создаваемой горением угля, углерод начинал соединяться не только с атмосферным кислородом, но и с тем, который был связан с атомами железа.

После выгорания угля в печи оставалась так называемая крица - комок вещества с примесью восстановленного железа. Крицу потом снова разогревали и подвергали обработке ковкой, выколачивая железо из шлака. Долгое время в металлургии железа именно ковка была основным элементом технологического процесса, причём, с приданием изделию формы она было связана в последнюю очередь. Ковкой получался сам материал.

Сталь производилась уже из готового железа путём науглероживания последнего. При высокой температуре и недостатке кислорода углерод, не успевая окисляться, пропитывал железо. Чем больше было углерода, тем тверже оказывалась сталь после закалки.

Как можно было заметить, ни один из перечисленных выше сплавов не обладает таким свойством, как упругость. Железный сплав может приобрести это качество, только если в нем возникает чёткая кристаллическая структура, что происходит, например, в процессе застывания из расплава. Проблема же древних металлургов заключалась в том, что расплавить железо они не могли. Для этого требуется разогреть его до 1540 градусов, в то время как технологии древности позволяли достичь температур в 1000−1300 градусов. Вплоть до середины XIX века возможным считалось расплавить до жидкого состояния только чугун, так как плавкость железных сплавов возрастает по мере увеличения концентрации углерода.

Таким образом, ни железо, ни сталь сами по себе для изготовления оружия не годились. Орудия и инструменты из чистого железа выходили слишком мягкими, а из чистой стали - слишком хрупкими. Потому, чтобы изготовить, например, меч, приходилось делать бутерброд из двух пластин железа, между которыми закладывалась стальная пластина. При заточке мягкое железо стачивалось и появлялась стальная режущая кромка.

Такое оружие, сваренное из нескольких слоев с разными механическими свойствами, называлось сварным. Общими недостатками этой технологии являлись излишняя массивность и недостаточная прочность изделий. Сварной меч не мог пружинить, вследствие чего неизбежно ломался или гнулся при ударе о непреодолимую преграду.

Отсутствием упругости недостатки сварного оружия не исчерпывались. В дополнение к упомянутым недостаткам, его, например, невозможно было толком заточить. Железу можно было придать какую угодно остроту (хотя и стачивалось оно со страшной скоростью), но и тупилась мягкая режущая кромка из железа почти мгновенно. Сталь же точиться не желала - режущая кромка крошилась. Здесь налицо полная аналогия с карандашами - мягкий грифель легко сделать очень острым, но он сразу затупится, а твёрдый до особой остроты не доведешь - десять раз сломается. Так что, бритвы приходилось делать из железа и затачивать заново ежедневно.

В целом же, сварное оружие не превосходило остротой столовый нож. Уже одно это обстоятельство требовало делать его достаточно массивным для придания удовлетворительных рубящих свойств.

Единственной мерой позволяющей достичь сочетания остроты и твёрдости в рамках технологии сварки была закалка изделия уже после его заточки. Применим же этот метод становился в случае, если стальная режущая кромка приваривалась просто к железному обуху, а не заключалась в «бутерброд» из железа. Либо, закалены после заточки могли быть клинки, у которых железный сердечник оковывался снаружи сталью.

Недостатком такого метода было то, что заточка оказывалась возможна лишь однажды. Когда стальное лезвие иззубривалось и тупилось, весь клинок приходилось перековывать.

Тем не менее, именно освоение техники сварки - несмотря на все её недостатки - произвело настоящий переворот во всех сферах человеческой деятельности и привело к огромному возрастанию производительных сил. Сварные орудия были вполне функциональны и, при том, общедоступны. Только с их распространением каменные орудия оказались окончательно вытеснены, и наступил век металла.

Железные орудия решительно расширили практические возможности человека. Стало возможным, например, строить рубленные из брёвен дома - ведь, железный топор валил дерево уже не в три, как медный, а в 10 раз быстрее, чем каменный. Широкое распространение получило и строительство из тесаного камня. Он, естественно, употреблялся и в эпоху бронзы, но большой расход сравнительно мягкого и дорогого металла решительно ограничивал такие эксперименты. Значительно расширились также и возможности земледельцев.

Впервые железо научились обрабатывать народы Анатолии. Древнегреческая традиция считала открывателем железа народ халибов , для которых в литературе использовалось устойчивое выражение "отец железа", и само название народа происходит именно от греческого слова Χάλυβας ("железо").

«Железная революция» началась на рубеже I тысячелетия до н. э. в Ассирии . С VIII века до н. э сварное железо быстро стало распространяться в Европе, в III веке до н. э. вытеснило бронзу в Китае и Галлии , во II веке новой эры появилось в Германии , а в VI веке нашей эры уже широко употреблялось в Скандинавии и в племенах, проживающих на территории будущей Руси . В Японии железный век наступил только в VIII веке нашей эры.

Увидеть железо жидким металлурги смогли только в XIX веке , однако, ещё на заре железной металлургии - в начале I тысячелетия до новой эры - индийские мастера сумели решить проблему получения упругой стали без расплавления железа. Такую сталь называли булатом , но из-за сложности изготовления и отсутствия необходимых материалов в большей части мира, эта сталь так и осталась индийским секретом на долгое время.

Более технологичный путь получения упругой стали, при котором не требовались ни особо чистая руда, ни графит, ни специальные печи, был найден в Китае во II веке нашей эры. Сталь перековывали очень много раз, при каждой ковке складывая заготовку вдвое, в результате чего получался отличный оружейный материал, называемый дамаском , из которого, в частности, делались знаменитые японские катаны .

Прежде всего, надо сказать, что до XVIII века включительно каменный уголь в металлургии практически не использовался - из-за высокого содержания вредных для качества продукта примесей, в первую очередь - серы. С XI века в Китае и с XVII века в Англии каменный уголь, правда, начали применять в пудлинговочных печах для отжига чугуна, но это позволяло достичь лишь небольшой экономии древесного угля - большая часть топлива расходовалась на плавку, где исключить контакт угля с рудой было невозможно.

Потребление же топлива в металлургии уже тогда было огромно - домна пожирала воз угля в час. Древесный уголь превратился в стратегический ресурс. Именно изобилие дерева в самой Швеции и принадлежащей ей Финляндии позволило шведам развернуть производство таких масштабов. Англичане, имевшие меньше лесов (да и те были зарезервированы для нужд флота), вынуждены были покупать железо в Швеции до тех пор, пока не научились использовать каменный уголь.

Обработка металла

Самой первой формой организации производства железных изделий были кузнецы -любители. Обычные крестьяне , которые в свободное от обработки земли время промышляли таким ремеслом. Кузнец этого сорта сам находил «руду» (ржавое болото или красный песок), сам выжигал уголь, сам выплавлял железо, сам ковал, сам обрабатывал.

Умение мастера на данном этапе закономерно было ограничено выковыванием изделий самой простой формы. Инструментарий же его состоял из мехов, каменных молота и наковальни и точильного камня. Железные орудия производились с помощью каменных.

Если удобные для разработки залежи руды имелись поблизости, то и целая деревня могла заниматься производством железа, но такое было возможным только при наличии устойчивой возможности выгодного сбыта продукции, чего практически не могло быть в условиях варварства.

Если же, допустим, на племя из 1000 человек имелся десяток производителей железа, каждый из которых за год соорудил бы пару-тройку сыродутных печей , то их трудами обеспечивалась концентрация железных изделий всего порядка 200 граммов на душу населения. И не в год, а вообще.

Цифра эта, конечно, очень приблизительная, но факт тот, что, производя железо таким способом, никогда не удавалось за его счёт полностью покрыть все потребности в самом простом оружии и самых необходимых орудиях труда. Из камня продолжали изготавливаться топоры , из дерева - гвозди и плуги . Металлические доспехи оставались недоступными даже для вождей .

Такого уровня возможностями обладали наиболее примитивные племена бриттов , германцев и славян в начале нашей эры. Каменным и костяным оружием отбивались прибалты и финны от крестоносцев - а это уже оказывались XII -XIII века. Все эти народы, конечно, умели уже делать и железо, но ещё не могли получить его в необходимом количестве.

Следующим этапом развития чёрной металлургии были профессиональные кузнецы, которые все ещё сами выплавляли металл, но на добычу железоносного песка и выжигания угля чаще уже отправляли других мужиков - в порядке натурального обмена. На этом этапе кузнец, обычно, уже имел помощника-молотобойца и как-то оборудованную кузницу.

С появлением кузнецов концентрация железных изделий возрастала в четыре-пять раз. Теперь уже каждый крестьянский двор мог быть обеспечен персональным ножом и топором. Возрастало и качество изделий. Кузнецы профессионалы, как правило, владели техникой сварки и могли вытягивать проволоку. В принципе, такой умелец мог получить и дамаск , если знал как, но производство дамаскового оружия требовало такого количества железа, что не могло ещё быть сколько-то массовым.

Свободное самородное железо в земной коре, в отличие от меди, почти не встречается. Но оно входит в состав многих минералов и распространено гораздо шире цветных металлов. В древности его можно было добывать буквально повсюду - из озерных, болотистых, луговых и других руд. Однако, по сравнению с металлургией меди, металлургия железа является достаточно сложным процессом.

Железо плавится при температуре 1539 градусов. Такая высокая была совершенно недоступна древним мастерам. Поэтому железо вошло в обиход человека значительно позже меди. Его широкое применение в качестве материала для изготовления оружия и инструментов началось только в первом тысячелетии до Рождества Христова, когда стал известен сыродутный способ восстановления железа.

Впрочем, некоторые народы научились металлургии железа значительно раньше; например, племена, населявшие территорию современной Армении, умели получать железо из руд уже в третьего тысячелетия до Рождества Христова.

Наиболее распространенные железные руды (магнитный железняк, красный железняк и бурый железняк) представляют собой либо соединение железа с кислородом (оксид железа), либо гидрат окиси железа. Для того чтобы выделить металлическое железо из этих соединений, необходимо восстановить его - то есть отнять у него кислород.

Разумеется, древние мастера не имели понятия о сложных химических процессах, которые происходили при восстановлении железа. Однако, наблюдая за «плавкой» руды, они, в конце концов, установили несколько важных закономерностей, которые и легли в основу простейших методов производства железа.

Прежде всего, наши предки заметили, что для получения железа вовсе не обязательно доводить его до температуры плавления. Металлическое железо можно получать и при гораздо меньших температурах, но при этом должно быть больше топлива, чем при выплавке меди, и это топливо должно быть лучшего качества. Необходимо также, чтобы огонь был как можно более «горячим». Все это требовало особого устройства печи и условий плавки.

Как правило, приступая к «плавке» железа, мастера сначала выкапывали круглую яму, стенки которой изнутри обмазывались толстым слоем глины. С наружной стороны к этой яме подводилось отверстие для нагнетания воздуха. Затем над округлой нижней частью сооружали верхнюю в виде конуса. В качестве топлива использовался древесный уголь. Его засыпали в самый низ печи - в яму. Сверху на него укладывали слоями шихту - измельченную руду и уголь. На самый верх засыпали толстый слой угля.

После того как топливо внизу поджигалось, начинался сильный разогрев руды. При этом шла химическая реакция окисления углерода (угля) и восстановления железа. В виде мельчайших лепестков тестообразное железо, которое было в три раза тяжелее шлака, опускалось вниз и оседало в нижней части печи. В результате на дне ямы собирался ком мягкого сварного железа - крица, весом от 1 до 8 кг. Она состояла из мягкого металла с пустотами, заполненными твердыми шлаками. Когда «плавка» заканчивалась, печь разламывали и извлекали из нее крицу.

Дальнейшая обработка происходила в кузнице, где крицу снова разогревали в горне и обрабатывали ударами молота, чтобы удалить шлак. В металлургии железа ковка на многие века сделалась основным видом обработки металла, а кузнечное дело стало важнейшей отраслью производства. Только после ковки железо приобретало удовлетворительные качества. Чистое железо, впрочем, невозможно использовать из-за его мягкости.

Хозяйственное значение имел только сплав железа с углеродом. Если полученный металл содержал от 0, 3 до 1, 7% углерода, получалась сталь, то есть железо, которое приобрело новое свойство - способность к закалке. Для этого изготовленный инструмент нагревали докрасна, а затем охлаждали в воде. После закалки он становился очень твердым и приобретал замечательные режущие качества. При естественном притоке воздуха температура в поднималась не выше 1000 градусов.

Уже в древности было замечено, что из той же руды можно получить больше железа и лучшего качества, если в печь искусственно нагнетать воздух с помощью мехов. Меха делались из шкур, снабжались дульцами и приводились в движение вручную. С помощью сопел и мехов в печь нагнетали сырой не подогретый воздух, откуда и пошло название всего процесса. Однако и при этом способе температура могла подниматься только до 1200 градусов, и из руды извлекалось не более половины содержавшегося в ней железа.

Являясь общедоступным и дешевым материалом, железо очень скоро проникло во все отрасли производства, быта и военного дела и произвело переворот во всех сферах жизни. Железный топор и соха с железным лемехом позволили освоить земледелие тем народам, которым до этого оно было совершенно недоступно. Только после распространения железа земледелие у большинства народов превратилось в важнейшую отрасль производства.

Железо дало ремесленнику инструменты такой твердости и остроты, которым не могли противостоять ни камень, ни . Они явились той основой, на которой стали бурно развиваться другие ремесла. Эти крупные сдвиги положили конец первобытному обществу. На смену ему пришло более развитое - классовое общество.