На протяжении более ста лет единственной движущей силой, обеспечивающей механическую энергию для промышленности, горнодобывающей промышленности, металлургии и связи, была паровая машина. За этот период в нем произошли значительные конструктивные преобразования, заключающиеся в увеличении мощности машин, повышении их теплового КПД (экономии топлива) и безопасности труда, а также специализации различных типов машин и приспособлении их к различным задачам.
Паровые машины Уатта создавали давление в несколько атмосфер и имели мощность от десятка до 40 л.с. Более поздние конструкторы, особенно Корлисс в середине девятнадцатого века, значительно повысили свою эффективность за счет использования более прочных материалов, большей точности изготовления и конструкции многоцилиндровых машин. В середине девятнадцатого века уже использовались паровые машины средней мощностью 100 — 200 л.с. и максимальной мощностью 400 л.с. В начале 20 века самые большие многоцилиндровые поршневые машины достигали мощности 1500 л.с. и этот предел практически непреодолим. Их недостатком является низкий тепловой КПД. В них в механическую энергию преобразуется не более 20 % тепла, образующегося при сгорании, а обычно только 12 — 15 %. Остальное безвозвратно теряется в дыме, вырывающемся из трубы, в паре, выходящем наружу, и в тепле, отдаваемом окружающим.
Дальнейший прогресс был достигнут заменой поршня на турбину. Первые паровые турбины были сконструированы независимо друг от друга в 1880-1890 годах тремя изобретателями: Де Лавалем во Франции, Кертисом в Америке и Парсоном в Англии. Они работают по принципу ветряной мельницы: не давление, а прямое движение сжатого пара, выходящего из котла тонкими струйками, приводит во вращение лопастные движители (роторы). Мощность этих паровых потоков настолько велика, что турбины вращаются с огромной скоростью, достигающей по окружности до 1000 км/ч. Отпадает необходимость в части машины, которая предварительно преобразовывала скользящее движение поршня во вращательное движение. Таким образом, снижается трение, и благодаря более простой конструкции можно использовать гораздо более высокое давление пара в котле, даже превышающее 100 атмосфер. Современные паровые турбины имеют мощность до 300 тыс. КМ, а их тепловой КПД достигает 30%. Вместо водяного пара используется пар ртути, для производства которого требуется в восемь раз меньше тепла, т.е. в восемь раз меньше угля. Из-за своей огромной мощности паровые турбины использовались в основном на тепловых электростанциях для выработки электроэнергии и для приведения в движение больших морских судов.
Во второй половине 19 века появился новый тип тягловой машины, характеризующийся иными преимуществами, чем тяжелая, требующая просторные и хорошо охраняемые помещения паровая турбина: двигатель внутреннего сгорания.
Первым типом такого двигателя был двигатель, приводимый в движение газовым взрывом. В 1860 году француз Этьен Ленуар сконструировал двигатель внутреннего сгорания для зажигания газа и установил его на деревянной колесной повозке. С тех пор в течение 25 лет такие моторы строили многие изобретатели, совершенствуя их конструкцию. Они были маломощными и громоздкими в эксплуатации; на практике они использовались в скромных масштабах для перемещения посоха. Бензомобили, оснащенные большими баками, как и паровые машины, имели несовершенную регулировку, конструкторы ездили на них даже по городским улицам, их обычная конная повозка не была убедительна.
Работу газового двигателя усовершенствовал немец Николаус Отто, разработавший принцип четырехтактного поршня. В своих многочисленных экспериментах он также использовал в качестве взрывчатого вещества керосин вместо газа. В 1878 году Отто продемонстрировал новый двигатель внутреннего сгорания, воспользовавшись значительными усовершенствованиями, сделанными в то же время другими немецкими техниками: Готлиб Даймлер разработал метод герметизации и смазки цилиндра, Вернер Сименс — электрозажигание, а Кароль Бенц — соответствующим образом подготовил с нефтью, взрывоопасной жидкостью, которая была названа в его честь бензином. Таким образом, бензиновый двигатель внутреннего сгорания представлял собой синтез нескольких изобретений, накопленных в ходе многолетних исследований.
По сравнению с паровой машиной двигатель внутреннего сгорания гораздо экономичнее и предлагает несравненно более широкие возможности практического применения. Его преимуществом является меньшая стоимость монтажа (здесь не нужны котлы, топки и дымоходы) и легкость (малый собственный вес по отношению к вырабатываемой мощности). Он характеризуется большим тепловым КПД, чем паровая машина (от 30% до 40%), легким пуском и регулированием движения. Эти преимущества связаны с превосходством жидкого топлива над углем. Мало того, что он дешевле и легче, так еще и полнее сгорает, что упрощает обслуживание двигателя и может подаваться непрерывным потоком.
Только теперь можно было создать полезный и практичный автомобиль. Соавторы бензинового двигателя Даймлер и Бенц сконструировали в 1885-1890 годах несколько полностью работающих мотоциклов и автомобилей, легких, безопасных и простых в эксплуатации. Сначала Даймлер построил двухколесный мотоцикл, а Бенц — трехколесный автомобиль. Они имели мощность около 1,5 л.с., а привод передавался на колеса при помощи ремней. Затем оба изобретателя, сотрудничая друг с другом, установили свои двигатели на четырехколесные повозки и назвали эти машины в честь дочери Даймлера Мерседес. В 1892 году Генри Форд основал производственную мастерскую в Америке.
Первые автомобили строились вручную в небольших мастерских. В 1900 году в мире их было около 5000. такие самодельные машины, каждая с почти разным видом и дизайном. Массовое фабричное производство развивалось в 1903 — 1913 годах быстрее всего в США, прежде всего на заводе Форда, разросшемся за эти десять лет до гигантских размеров и на котором работало уже свыше 100 000 человек. рабочие. Эти заводы выпускали более 3/4 автомобилей, выпускавшихся в мире в то время. Помимо легковых автомобилей, в 1904 году выпустили первую серию автобусов. В 1913 году мировое производство автомобилей составило 570 000 штук. штук, из которых 485 тыс. сделано в США. Помимо США, до Первой мировой войны автомобили уже выпускались на заводах Англии, Германии, Франции и Канады.25 -30 км/ч и среднее время использования (пробег) 10 — 20тысяча км.
Автомобиль возник благодаря умеломусвязипрогресстехническое внесколько полей. Помимо двигателя и бензина добавить ещенужно обновитьв методах металлообработки, которые позволилиформирование тонкоголистового металла и строительных легких металлоконструкцийвместо дерева.Новые сплавы позволили изготавливать легкие детали двигателя,выносливостьот малого до высокого давления и температуры горения. Установкаэлектрический-она следила за тем, чтобы он регулярно пристегивалсяиосвещение автомобиля. ЛегкийдвижущийсяКомфорт автомобиля и комфорт вождения обеспечили шины—фруктымноголетний опытучастие в переработке резины.
Двигатель внутреннего сгорания, благодаря своей легкостииэффективность, позволиласлишкомсоздание летательных аппаратов. Они были ими первымитак называемые дирижабли -большие дирижабли (легче воздуха),контролируемыйшарикиилигруппы газонаполненных аэростатов с просторной бамбуковой кабинойиалюминия и со всей системой рулей, приводимой в действие двигателем внутреннего сгорания или электродвигателем на батарейках. Немец Фердинанд фон Цеппелин 15 лет работал над усовершенствованием моделей дирижаблей, до 1910 года ему удалось убедить свое правительство в пригодности дирижаблей для военных целей. Эти цеппелины, как называли его корабли, на время стали гордостью Германии. Они были до 200 м в длину и могли парить в течение нескольких часов со скоростью 30 — 40 км/ч. Во время Первой мировой войны немцы построили около 80 из них, почти половина из которых была сбита союзниками. Затем, в течение нескольких лет после войны, дирижабли курсировали по Атлантике, перевозя более легкие грузы и пассажиров. Однако их карьера закончилась, когда первые авиаторы пересекли этот океан на самолетах.
Машины тяжелее воздуха с подвижными крыльями начали строить любители полетов в последние годы XIX века.причинаих неспособность освоить способ управления полетом, их попытки закончилисьсамв основном катастрофы. Братья Райт в США после многолетних анализов полетов планеров ввели в модели самолетов подвижные элероны на крыльях и пропеллер. Их труды увенчались полнотойуспех-Все их экспериментальные полеты прошли успешно и проходили при полном контроле пилота над самолетом (это был биплан с двигателем мощностью 16 л.с. и двумя винтами сзади). В первый раз, в 1903 году, Орвилл Райт едва держался в воздухе.12 сенкунд, летающий вокругтридцатьметров, ноедва ли два года спустяих самолет пролетел расстояние40 км.
Успех братьев Райт положил начало бурному развитию авиации. В 1909 году француз Луи Блерио впервые перелетел Ла-Манш на самолете; рекорд по длине полета составил уже 230 км, а скорость 80 км/чВ1911 г.р. Выполнен полет над Альпами и Американским континентом.
В том же году были созданы первые авиационные заводы, которые строились по одному. В 1909 — 1910 годах также были построены вертолет и гидросамолет. В 1912 году в Англии были созданы RAF (Королевские военно-воздушные силы), первая военная авиационная единица. К созданию военно-воздушных сил приступили также правительства Франции, США и Германии. Из рискованного вида спорта авиация быстро превратилась в военную промышленность.
В Первую мировую войну самолеты еще не повлияли на ход военных событий, но война повлияла на развитие авиастроения. В 1914 г. в США было выпущено 50 самолетов, а в 1918 г. — 14 000. В начале войны у британских ВВС было 180 машин, а в 1918 году — более 10 000. Их производство во Франции и Германии также увеличилось. В годы войны максимальная скорость самолетов увеличилась до 250 км/ч, а максимальная скорость полета до 5 км.
В 1892 году Рудольф Дизель (Германия) запатентовал новый тип двигателя внутреннего сгорания: двигатель высокого давления, работающий на тяжелых маслах. Такие двигатели имеют более высокий тепловой КПД и достигают большей мощности (до 15 000 л.с.) —• работают без ударов и меньше нагреваются. Они использовались для перемещения заводских машин и электрогенераторов, а также двигателей на кораблях и в более тяжелых транспортных средствах — локомотивах и транспортных вагонах. В первые годы 20 века Андре Ситроен изготовил первые танки во Франции, а внедорожные тягачи для сельскохозяйственной техники (трактора) построили в США. В то время как бензиновый двигатель превосходил паровой двигатель с точки зрения легкости и работоспособности, большие дизельные двигатели превосходили его также по абсолютной мощности, которую они могли производить со всеми ранее упомянутыми преимуществами.
Благодаря двигателям внутреннего сгорания были созданы новые средства транспорта, облегчающие и ускоряющие перевозку грузов и людей (автомобиль, теплоход, тягач повышенной проходимости, самолет). Трактор стал полноценным транспортным средством в сельском хозяйстве, решительно продвинув механизацию полевых работ. Новые двигатели также широко использовались в промышленности, вытесняя паровые машины.