STORIA DELLA TECNOLOGIA - Treccani

1701 - Inghilterra

STORIA DELLA TECNOLOGIA

Progressi nelle tecniche agrarie seminatrice automatica

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Jethro Tull (1674-1741)

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•  Depone automaticamente i semi, collocandoli in profondità, al riparo da vento e uccelli (risparmio di sementi) •  Prima di molte altre macchine per l’agricoltura •  1731: documentate in testo di tecnica agraria

LEZIONE 15 Massimo Guarnieri Dipartimento di Ingegneria Elettrica - Università di Padova

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1730 - Inghilterra !

1731-2 - Inghilterra

Aratro moderno - Aratro Rotherham !

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Joseph Foljambe

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•  Principi olandesi •  Piccolo e leggero, a vomere e versoio metallici •  Prodotto industrialmente •  Grande successo

1731: Testo di agraria di Jethro Tull 1732: Trebbiatrice !

Michael Menzies

•  insieme di correggiati montati su un albero azionato da ruota idraulica, per trebbiare il grano senza impiego di lavoro muscolare !

London Science Museum

Innovazioni meccaniche in agricoltura, atte a svolgere attività tradizionali (millenarie!) in modo automatico e più efficiente

•  1763: aratro scozzese, scientificamente ottimizzato

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~1750 - Inghilterra

~1750 - Inghilterra

Innovazioni nelle tecniche agrarie

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Diffusione della patata

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Innovazioni nelle tecniche agrarie e meccanizzazione delle attività agricole danno impulso alla rivoluzione agricola inglese

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•  Introdotta in Europa intorno al 1525 •  alimento fondamentale della dieta delle classi povere

Diffusione del mais Diffusione del tabacco

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•  Introdotto in Europa intorno 1559

Nuovi metodi di rotazione, poi anche a “quattro periodi”

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•  tipo Norfolk, ideata da Lord Townshend •  senza anno di interruzione •  grano, rape, avena, trifoglio

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Aumenta notevolmente la produttività agricola Crea surplus alimentare Libera manodopera: per le attività estrattifere (carbone, ferro, …) e per la fiorente industria manifatturiera (tessile, fittile, …) E’ un fattore essenziale della futura rivoluzione industriale, che grazie alla rivoluzione agricola avviene in Inghilterra e non in Olanda, commercialmente più sviluppata, o in Francia, più popolosa

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1745 - Regno Unito ! !

1772 - Regno Unito

Scozia Timone direzionale nei mulini a vento !

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Edmund Lee

•  orienta automaticamente, in retroazione, le pale nella direzione del vento

Versione più recente !!! 7

Scozia Pale con saracinesca a molla per mulini a vento !

Andrew Meikle (1719-1811) Struttura delle vele a saracinesca azionate da ferme a mano tramite leve, ma dotate anche di molle che toglievano portanza in caso di tempesta

. Versione più recente

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1782 - Inghilterra

Trebbiatrice per frumento ! !

Andrew Meikle (1719-1811) – Scozia toglie la pula ai chicchi di grano, •  Tamburo in attrito con alloggiamento concavo, azionamento idraulico o a cavalli (su tapis roulant), sostituisce il correggiato (anche quello automatico di Menzies)

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Nuovi passi della meccanizzazione in agricoltura

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Seminatrice automatica !

James Cooke •  Prima seminatrice moderna •  Archetipo dei modelli del secolo successivo

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1700-1726 - Francia !

1714 - Inghilterra

Navigazione

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Longitude Act - legge emanata dal Parlamento Inglese !

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•  1707: naufragio di Lord Cloudisley Shovell, 2000 vittime

1700-1726: Carte nautiche moderne !

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Guillaume Delisle (1675-1726) •  Primo cartografo moderno •  Longitudine riferita al meridiano a 20º a ovest di Parigi

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Premio di 20.000 £ (pari a 10 M! attuali) per misurare la longitudine con precisione di mezzo grado (che all’equatore corrisponde a 30 miglia nautiche) dopo un viaggio alle Indie Occidentali Equivalente a misurare la differenza oraria tra Londra e le Indie Occidentali con una precisione di 2 minuti (con orologio) Commissione valutatrice: Board of Longitudes •  Inizialmente con I. Newton •  Primo ente di promozione della ricerca tecnologica

1767: Almanacco nautico inglese !

A seguito di numerose tragedie marine

Affermazione graduale del meridiano di Greenwich (riferito all’osservatorio astronomico reale di Greenwich)

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1730 – Inghilterra - Colonie !

1730 - Inghilterra

Sestante marino (originariamente ottante) !

Sestante marino

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John Hadley (1682-1744) e Thomas Godfrey (1704-1749)

• Grazie ai due specchi funziona a riflessione, in modo da eliminare l’errore di allineamento sull’orizzonte • Sostituisce l’astrolabio, essendo molto più preciso (arriva a 1’)

• Erede del glorioso astrolabio:

–  copre un arco di 60° (originar. 45°), graduato con precisione –  è dotato di due specchi

• nell’ambito di sviluppi generali di strumenti di navigazione precisi utilizzanti lenti e specchi, la cui fabbricazione ha registrato notevoli progressi 13

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Cronometro marino orologio di precisione !

John Harrison (1693-1776) •  Primo modello preciso H1 –  1,3 m, 34 kg

•  perfezionato nel corso di quasi 30 anni •  allettato dal premio istituito dal Longitude Act del 1714 per la misura della longitudine nella navigazione oceanica

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Cronometri di John Harrison (1693-1776) !

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National Maritime Museum - Greenwich Observatory 15

1736: H1 (34 kg), alto 1,3 m 1740: H2 (39 kg), alto 1 m, mai imbarcato su una nave 1759: H3 (27 kg), alto 0,66 m 1761: H4 (13,3 cm) 16

Innovazioni di Harrison

1761 - Inghilterra

I suoi successi progressivi sono dovuti anche all’ideazione di dispositivi innovativi, come:

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Scappamento a cavalletta

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•  con attriti ridottissimi !

Cronometro marino H4 John Harrison (1693-1776) •  13,3 cm di diametro •  I prova: errore di 5 s (pari a 10 miglia) dopo 40 giorni •  II prova: errore di 39.2 s (pari a 80 miglia) in oltre 80 giorni •  Vince 10.000 £ del Longitude Act (il limite richiesto era di 0,5° pari a 2 minuti). •  La realizzazione è raffinatissima, ma anche costosissima (450 £, pari a circa 250 k£ attuali)

Lamina bimetallica •  per compensare in retroazione le variazioni di temperatura che influenzano la molla a bilanciere

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1766 - Francia !

1770-1840 - Europa

Cronometro marino di precisione !

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Pierre Le Roy (1717-1785)

Apogeo della navigazione a vela !

•  stimolato da un concorso bandito dalla Académie des Sciences analogo a quello del Longitude Act inglese •  nuovo tipo di scappamento e bilanciere compensato •  alla fine del viaggio di prova in mare durato 46 giorni accumula un ritardo di 8 secondi •  più grande di quello di Harrison, ma suscettibile di miglioramenti •  i miglioramenti introdotti da orologiai inglesi lo renderanno sufficientemente economico da divenire di uso generale in navigazione

•  Fregate, golette, brigantini,… !

Grandi viaggi esplorativi ! !

Con questi cronometri e col sestante del 1730 la navigazione diventa più sicura ed i dati raccolti in viaggio permettono ai cartografi di tracciare mappe nettamente più precise

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1767-69: Louis de Bougainville… 1768-79: James Cook •  viaggi in Oceania con sestante + almanacco nautico + replica di H4 di Harrison (dal secondo viaggio), …

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Nuovi velieri evoluti

1791-92: Malaspina; 1792-94: Vancouver; 1798-03: Flinders; …. 1799-04: von Humboldt…

•  Grandi esigenze di legname: una grande nave può richiedere 2000 querce secolari, cresciute su 20 ettari di bosco

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1721 - Inghilterra

Stabilimento serico a Derby John (1693-1722) e Thomas (1691-1739) Lombe

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Macchina per gramolare la canapa

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•  Tecnologia “importata” da Bologna da John e subito brevettata –  Vero caso di spionaggio industriale •  Con filatoi azionati da ruota ad acqua •  Considerato una meraviglia tecnologica •  Avvia l’industria serica inglese –  Prima vera fabbrica inglese (edificio con esclusive finalità produttive) –  Uno dei primi passi della rivoluzione industriale

Henry Browne

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•  Macina la canapa e separa le fibre tessili da quelle legnose •  Prima fase del processo tessile

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1728 - Francia

1725 - Francia !

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Lione !

Lione !

Basile Bouchon

Jean-Baptiste Falcon (collaboratore di Bouchon)

•  Perfezionamento del telaio a programma di Bouchon: usa sequenze di schede, facilmente sostituibili in caso di danneggiamento)

•  telaio semiautomatico per tessuti disegnati –  È controllato da una striscia di carta perforata contenente il “programma di disegno”, che viene caricata manualmente

Bouchon

Falcon

•  prima macchina a programma memorizzato

•  primo passo verso l’automazione nella produzione tessile, dopo le intuizioni di Leonardo

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1738 - Francia

1745 - Francia

Automi evoluti

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Jacques de Vaucanson (1709-1782)

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Telaio completamente automatico !

•  400 movimenti, mangia, digerisce ed evacua

ed altri automi

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Jacques de Vaucanson (1709-1782) •  Dal 1741 ispettore delle filande, vi introduce innovazioni e automazioni •  1745: primo telaio completamente automatico, azionabile da ruota idraulica o forza animale, •  rimane ignorato •  Sarà riproposto oltre 50 anni dopo da Jaquard

Anatra meccanica

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Telaio a spola volante

Telaio a spola volante !

John Kay (1704-1780)

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• brevetto (ideato nel 1730) • con binario e molla di rimbalzo ad un lato • diffusione iniziale lenta, adozione dal 1750 • passo importante della rivoluzione industriale

1733 John Kay !

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una sola persona può tessere una stoffa larga

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1745 - Inghilterra


Filatoio a cilindri multipli !

Telaio automatico

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Lewis Paul (~1700-1759) e John Wyatt (1700-1766)

John Kay (1704-1780) e Joseph Stell

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•  Prima macchina di uso pratico per la filatura automatica del cotone (nella fabbrica di Paul), azionata da un asino •  Produce contemporaneamente più filati (per tenere il ritmo produttivo di un singolo telaio)

•  Sommosse e reazioni ostili dei lavoratori, timorosi di perdere il posto di lavoro

•  Precedenti: –  Filatoio a doppia aletta di Leonardo (~1490) –  Naspo rotativo di Johann Jürgen (1530) –  Brevetto di Richard Dereham e Richard Haines (1678)

•  Kay ripara in Francia per qualche tempo per cercare maggiori soddisfazioni economiche alle proprie invenzioni

•  Evoluzione: –  Filatoio di James Taylor (1754) –  Filatoio di Lewis Paul (1758) –  ….. 29

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Telai francesi, telai inglesi !

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1748 - Inghilterra

I telai di Bouchon, Falcon e Vaucanson fanno parte di una secolare tradizione francese avviata nel 1470 da Jean Le Calabrais e proseguita poi con Jaquard. sono telai molto sofisticati, volti ad automatizzare le operazioni di produzione di tessuti raffinati e costosi (in particolare in seta), destinati ad un mercato d’elite. Invece i telai inglesi in un contesto normativo ed economico più libero e garantista, sono volti a ridurre tempi e costi di produzione, per offrire prodotti più economici ad un mercato più ampio.

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Cardatrice - brevetto !

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John Kay (1704-1780) Lewis Paul (~1700-1759) •  Macchina per la pettinatura e pulitura delle fibre tessili prima della filatura, azionata a mano

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Diffusione dal 1760

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1737-53 - Francia !


L'architecture hydraulique !

Bernard Forest de Bélidor (1698-1761)

Sistema stradale a pedaggio (Turnpike Trust)

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•  Ingegnere civile e militare !

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Trattato in quattro volumi

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Per la prima volta il calcolo integrale è usato per risolvere problemi tecnici

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Con obbligo di manutenzione Miglioramento netto dello stato delle strade Espansione del traffico Riduzione dei tempi di percorrenza Riduzione del numero di animali necessari al traino di carri

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Crogiolo per la produzione dell’acciaio !

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Benjamin Huntsman (1704-1776), orologiaio alla ricerca di buon acciaio per molle E’ utilizzato in una fornace a coke capace di raggiungere i 1600ºC •  il ferro, posto in crogioli di argilla in cariche da 15 kg (quantitativi limitati), fonde completamente (1550ºC) •  Aggiungendo ghisa si calibra il contenuto di carbonio, ottenendo acciaio di buona qualità, lavorabile per getto o forgiatura •  Processo di fusione lungo (3 ore), poi perfezionato col puddellaggio nel 1763 e con le innovazioni di Cort del 1783-4 –  Resta a lungo un segreto industriale inglese gelosamente custodito –  Solo nel 1805 acciaio al crogiolo viene prodotto anche in Europa continentale (Johann Conrad Fischer) –  Dal 1811 acciaio al crogiolo è prodotto in Germania da Krupp –  Il crogiolo rimane il processo produttivo dell’acciaio di elevata qualità fino all’introduzione del forno ad arco, alla fine del XIX secolo

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1740: Stabilimento per l’acido solforico (vetriolo) !

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Joshua Ward (1685-1761) a Richmond (Londra) •  Combustione dello zolfo in presenza di salnitro - vapori raccolti in grandi campane di vetro •  Primo processo industriale chimico •  L’acido solforico, utilizzo in vari processi chimici, è tuttora il prodotto chimico di più largo impiego su scala mondiale

1749: Perfezionamento del processo !

John Roebuck (1718-1794) a Prestonpans (Scozia) •  Utilizza camere in piombo da 8 m3 –  Produzione su larga scala (per industria tessile, …) –  Soluzione di grande successo e notevolmente longeva

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Prime leggi di protezione ambientale, contro l’inquinamento da anidride solforosa 36

1741 - Colonie americane !

1752 - Colonie americane

Stufa economica !

Parafulmine

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Benjamin Franklin (1706-1790)

Benjamin Franklin (1706-1790) Primo dispositivo elettrico di utilità pratica

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•  Molto più efficiente del caminetto, •  Segna un notevole progresso nel riscaldamento degli edifici

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Concezione della scienza finalizzata ad applicazioni pratiche

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1784 - Stati Uniti !

1746 - Olanda !

Occhiali bifocali !

Bottiglia di Leida !

Benjamin Franklin (1706-1790)

Pieter van Musschenbroek (1692-1761) •  Professore all’università di Leida

•  Ideati a 78 anni, permettono all’inventore e agli anziani, di usare un solo paio di occhiali idoneo a vedere sia da lontano che da vicino

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primo rudimentale condensatore elettrico •  accumulatore di elettricità statica •  Un analoga bottiglia è realizzata nel 1745 da Ewald Georg von Kleist, uno scienziato dilettante che non la divulga •  Parafulmine a parte, l’elettricità rimane una curiosità da laboratorio e da salotto

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Encyclopédie

~1750 - Francia, Europa !

Apogeo dell’Illuminismo 1751-1766: Encyclopédie !

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Denis Diderot (1713-1784) Jean Le Rond d’Alembert (1717-1783) •  Trattato universale su scienza, arti e mestieri •  Approccio laico-razionale-pragmatico •  Catalogazione e ocumentazione formale del lavoro manuale, fino ad allora oggetto solo di tradizione orale •  Attaccata dai gesuiti, perché induce la secolarizzazione del sapere –  1728: precedente Cyclopedia di Ephraim Chambers (UK) 41

Encyclopédie

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~1750 - mulino a marea !

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Mulino a marea inglese del XVIII secolo

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Prima fase della Rivoluzione Industriale:


Predominio britannico - fattori determinanti:

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AVVIO DELLA RIVOLUZIONE INDUSTRIALE

Legislazione e sistema politico (Parlamento) a tutela della borghesia e dell’iniziativa industriale Insularità a tutela dello sviluppo industriale (nessun conflitto con altre nazioni sul territorio nazionale) Capitali finanziari prodotti da floride attività commerciali in mano alla ricca borghesia Banchieri pronti a rischiare (specialmente quaccheri e ugonotti) Materie prime a buon mercato dalle colonie (cotone, …) Mercato di sbocco ricettivo Esubero di manodopera agricola Conoscenze tecniche prodotte dalle rivoluzione scientifica

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Indebolimento delle resistenze elevate da stato e corporazioni

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1756 - Inghilterra

~1760 - Inghilterra ! ! !

Industria manifatturiera Prodotti di largo consumo Aziende tessili Fabbrica di oggetti metallici di Boulton a Soho presso Birmingham (1762), poi azionata a vapore Fabbrica di vasellame di Wedgewood, azionata da ruote idrauliche e ruote eoliche !

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Calcestruzzo

•  re-invenzione, primo calcestruzzo moderno

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John Smeaton (1724-1792)

•  Padre dell’ingegneria civile (edile e meccanica, per gli inglesi) •  Edifici, ponti, fari, macchine •  Nascita dell’ingegneria quantitativa inglese •  1759: studi quantitativi sulle ruote idrauliche - calcola il rendimento delle ruote per alto (60%) - realizza la prima ruota in ghisa (rivoluzionaria, ne riceve la Copley Medal 1759) •  1777: perfezionamento della macchina vapore di Newcomen 48

1763 - America


Macchina per la produzione automatica di viti

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William e John Wyatt (1700-1766)

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Fine della guerra dei sette anni Vittoria di Inghilterra su Francia nelle colonie supremazia dell’impero coloniale britannico!

•  17 secoli dopo la filettatrice di Erone e 3 dopo quella di Leonardo

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1769 - Germania

Puddellaggio dell’acciaio !

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Peter Onions?

•  mescolamento della ghisa pastosa per eliminare l’ossido di carbonio, •  acciaio più resistente, di discreta qualità •  indispensabile alla rivoluzione industriale •  Ma il processo è faticoso e costoso

Nasce il termine “tecnologia” !

Johann Beckmann (1739-1811) •  Disciplina che riguarda la manipolazione delle risorse naturali •  Influenzato dall’ Encyclopédie di Diderot e d’Alembert •  Primi studi sistematici e rigorosi sulla storia della tecnologia

•  Puddellatore di fine XIX secolo 51

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Chimica nel periodo 1750-1800

Scoperta dell’idrogeno (aria infiammabile) !

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Henry Cavendish (1731-1810)

Grandi progressi e individuazione di varie sostanze: !

•  Chimico e fisico inglese

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•  Autore di altre fondamentali scoperte scientifiche

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•  1784: composizione dell’aria, con straordinaria precisione:

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–  20,83% di ossigeno (contro 20,95% attuale) –  79,17% di azoto (contro 78,09% attuale)

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•  1771: interazione elettrostatica dipende dall’inverso del quadrato della distanza (comunemente attribuita a Coulomb) •  1789: prima determinazione della costante di gravitazione universale

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1751: nichel - Axel Fredrik Cronstedt 1772: azoto (aria flogisticata, viziata) - D. Rutherford e K. Scheele 1774: ossigeno (aria deflogisticata) - J. Priestley e K. Scheele; fosforo e cloro (acido marino deflogisticato) - K. Scheele; manganese - J.G. Gahn 1782: molibdeno – P.J. Hjelm 1783: tungsteno - J.J. e F. d’Elhuyar 1789: uranio e zincronio - M.H. Klaproth 1795: titanio - M.H. Klaproth E vari composti: 1752: aria fissa (diossido di carbonio - già isolato un secolo prima, come gas silvestre) - J. Black 1767: acido carbonico - J. Priestley 1772: monossido di azoto e diossido di azoto - J. Priestley 1774: ammoniaca gassosa - J. Priestley, …. Fluoruri, cianuri, vari acidi (cloridrico, cianidrico, tartarico, fosforico, lattico, …) 54

Chimica nel periodo 1750-1800 !

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Tali scoperte hanno importanza fondamentale in molti processi e prodotti industriali sviluppati dalle fine del XVIII secolo a tutto il XIX secolo: Es: acido carnobico !

1767: bibite gassate (con acido carbonico) •  J. Priestley

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Es: cloro !

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1785-7: impego nella sbiancatura dei tessuti (come vedremo) ~1850: sbiancatura della carta, ~1900: potabilizzazione dell’acqua (primo significativo progresso dalla decantazione e filtrazione, già usate in epoca classica)


Filatoio multiplo a otto fusi - spinning Jenny !

James Hargreaves (1720-1788) •  Dal nome della moglie •  Azionato da un solo addetto •  Da impulso al sistema di lavoro a domicilio (putting-out system)

•  1770: brevettata versione a 16 fusi •  1784: esistono versioni a 24 fusi •  Aumentano prodigiosamente la produttività

•  L’azione sterilizzante del cloro è considerata tra le maggiori scoperte nella prevenzione sanitaria 55

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1771 - Inghilterra

Filatoio per cotone !

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Richard Arkwright (1732-1792)

Fabbrica con filatoi per cotone !

•  edifico con esclusivo fine produttivo •  ove sono installati i grossi filatoi, difficili da azionare a mano

–  barbiere •  Filato di cotone di migliore qualità e resistenza, adatto all’uso come ordito, al posto del lino

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Uso della macchina a vapore in siderurgia !

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Richard Arkwright (1732-1792)

Per azionamento di un mantice da altoforno Ferriere di Carron

•  Fondate nel 1759 da John Roebuck (che nel 1749 aveva avviato uno dei primi stabilimenti per la produzione di acido solforico e nel 1765 aveva sostenuto finanziariamente Watt, fallito nel 1772) con due altri finanziatori •  Una delle aziende protagoniste della rivoluzione industriale britannica •  1800: Maggiore fonderia europea, con 1000 addetti

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Evoluzione: 1775 versione azionata da ruota idraulica ~1780 versione azionata da macchina a vapore di Newcomen 1785: scade il brevetto => rapida diffusione forte aumento della produttività impulso al sistema di fabbrica (decollo della rivoluzione industriale) 1799: fabbrica con 500 operai

L’industria cotoniera inglese è la prima a decollare, all’inizio della rivoluzione industriale, battendo le ottime produzioni artigianali importate dai mercati coloniali 58