בעקבות ההיסטוריון האנגליט. ס. אשטון מקובל לתארך את מועד תחילתה של המהפכה התעשייתית לשנת 1760 ואת סיום הגל הראשון שלה לשנת 1830, אך תיארוך זה אינו מחייב, שכן חלק ניכר מההתפתחויות הנמנות עם המהפכה התעשייתית החלו להבשיל זמן ניכר לפני שנת 1760. השינויים התחוללו תחילה בהיקף רחב באנגליה, שבה התחוללה המהפכה התעשייתית לפחות מתחילת המאה השמונה עשרה, ועברו ממנה לארצות הברית וכמה מדינות באירופה, ועד סוף המאה התשע עשרה התפשטו במידה כלשהי לרוב מדינות העולם.
היו מספר סיבות עיקריות להתפתחותה של המהפכה התעשייתית. לסיבות השונות קשר הדוק גם למקום התרחשותה הראשוני: באירופה ובראש ובראשונה בבריטניה. ההתפתחות הבולטת ביותר בבריטניה במאות שקדמו למאה השמונה עשרה הייתה התפתחותו, החל במאה השש עשרה, של סחר בהיקף גדול בהרבה מזה שהתקיים קודם לכן. ההתפשטות הקולוניאלית הובילה את המעצמות הגדולות של התקופה, ובמיוחד האימפריה ההבסבורגית ששלטה במרכז אירופה ובספרד, לפתח מדיניות מרקנטליסטית, שעיקרה חתירה לרפד את קופות השלטון המרכזי בבוליון - אוצרות זהב וכסף - המבוססים על ייבוא זהב וכסף שנכרו בעולם החדש ועל סחר עבדים. הכוחות החלשים יותר והריכוזיים פחות, כמו הערים העצמאיות באיטליה, ובמיוחד ג'נובה וונציה, אנטוורפן בבלגיה, וכן הולנד ואנגליה, נפלו לידי המעצמות הגדולות, או שהתקשו במימון כיבושקולוניאלי ושותפות של ממש בסחר העבדים, ולכן פנו יותר לנתיב של שימוש בסחר.
חולשה ראשונית זו התגלתה במהרה כמקור עוצמה - חולשת השלטון המרכזי אפשרה הופעת מספר רב של גורמים שעסקו בייצור, סחר ותעבורה, כאשר הממשל המרכזי אינו יכול לגרוף את כל הכנסותיהם. חולשת השלטון המרכזי גם גרמה לכך שידו קצרה מלכפות חסמים פנימיים בתוך המדינה על תעבורת סחורות, כפי שהיה מקובל בצרפת ובאזורי גרמניה. אנגליה והולנד החלו מתחרות זו בזו על מעמד של דומיננטיות בתחום הסחר הימי, בדרכי שלום ובשורה של מלחמות במהלך המאה ה-17, כאשר אנגליה הופכת בהדרגה לכוח הדומיננטי יותר.
שווקיה של אנגליה החלו משתנים ומתאימים את עצמם: מכלכלה המבוססת על ייצור חקלאי לצריכה פנימית, לכלכלה המבוססת על ייצור זעיר וסחר בינלאומי. הביקוש לתוצרת חקלאית מחוץ לאנגליה, ובמיוחד למוצרי טקסטיל, הוביל להופעת חקלאות בקנה מידה רחב יותר ויעיל יותר ולתופעת הגידור. האיכרים הקטנים עברו במקביל לעבודה בתעשייה זעירה, במיוחד בתחומים הקשורים לתעשיית הטקסטיל כמו אריגה וטווייה.
תופעה נוספת שהתפתחה באותה תקופה באנגליה הייתה השקעה חוזרת של הון. בזכות העיסוק בגידול ובייצור לצורכי סחר, נהנו חקלאים מגדלי צאן ותעשיינים זעירים מרווחים גדולים יותר על עמלם, בהשוואה למצב לפני כן. רבים מהם ביכרו להשקיע את הכסף שנותר בידיהם לא רק בשיפור רמת חייהם, אלא גם בשיפור התיעוש והגידול החקלאי. שיפור זה בא לידי ביטוי במהפכת החקלאות הבריטית (אנ'), מה שהוביל לגידול בפריון הקרקע פר עובד, ולתהליכי עיור בעקבות הקיטון באוכלוסייה שעובדת בחקלאות.
ההון המושקע יצר ביקוש לשורה של פיתוחים טכנולוגיים בתחום החקלאי. אלו, מצידם, אפשרו לחקלאים תנובה גדולה עוד יותר מהקרקע ומגידול הצאן, ובזכות ההיצע הגדל דחפו לייעול ושיפור גם בתעשייה הזעירה. בהדרגה, הובילה התפתחות זו לתהליך של שיפור מתמיד, המבוסס על השקעת הון חוזרת וייעול הייצור. החל מאמצע המאה השמונה–עשרה, הובילה התפתחות זו להופעת המפעלים התעשייתיים המודרניים הראשונים, שריכזו כמויות גדולות יותר של עובדים.
תרומה עקיפה באה מן האקלים החברתי שנוצר באנגליה ובמדינות פרוטסטנטיות אחרות. לפי מקס ובר, בחיבורו "האתיקה הפרוטסטנטית ורוח הקפיטליזם" נולד הקפיטליזם ומתוך כך המהפכה התעשייתית, מן האתיקה הפרוטסטנטית שגרסה צייתנות, מוסר עבודה נוקשה, השקעה חוזרת של הון ותפישה המדגישה את חשיבות הפרט וזכויות הקניין — בניגוד לאתיקה הקולקטיביסטית והנהנתנית יותר המאפיינת לטענת ובר את האתוס הקתולי.
בהתייחס לאנגליה, הצביע ובר במיוחד על דחיקתם של זרמים פרוטסטנטים פוריטנים ממשרות ציבוריות ומכוח שלטוני לפני מהפכת קרומוול ואחרי הרסטורציה ב-1660. חוק הקורפורציה משנת 1661, השנה שאחרי הרסטורציה, וחוק המבחן משנת 1773 אסרו על מי שאינם אנגליקנים לכהן במשרות ציבוריות או להתחנך באוניברסיטאות של אוקספורד וקיימברידג'. עובדה זו גרמה לזרמים הפוריטניים, בדומה להוגנוטים באירופה, לעסוק בעיקר בפעילות בנקאית, מסחרית ותעשייתית, ולפתח מערכות חינוכיות, ובמיוחד אצל האוניטרים, שהדגישו במיוחד את תחומי המתמטיקה והמדעים.
המצב המשפטי ששרר בבריטניה באותן שנים שהתבסס על ערכי המשפט המקובל, שליטת הפרלמנט הבריטי והמשפט החוקתי, היה מן הגורמים המבדילים והמרכזיים להתפתחות המהפכה התעשייתית בבריטניה. באותן שנים המשפט הבריטי תוצר של היסטוריה של מאות שנים של התפתחות משפטית היה מן היחידים באירופה שהכיר ברעיונות כגון זכויות אדם, קניין רוחני, קניין פרטי, חברה בערבון מוגבל[1] (עבור תאגידים שהוכרו בצ'רטר מלכותי או חקיקה פרטית של הפרלמנט) וקרקע פרטית. הסיבות לכך נעוצות בהיסטוריה של המשפט הבריטי.
אחד החוקים החשובים להתפתחות חלק גדול ממנועי הקיטור על ידי הגנה על זכותם של ממציאים למונופול זמני על המצאתם היה חוק הפטנטים[א] שחוקק ב-1624 בידי הפרלמנט הבריטי והכיר לראשונה בבריטניה בקניין רוחני (אך לא לראשונה בעולם, כיוון שחוקים קודמים נחקקו ברפובליקת ונציה ב-1474[ב]).
ג'יימס פקל (James Puckle) בשנת 1718 היה הראשון בבריטניה שנדרש לספק מפרט לפטנט שהגיש על מכונה שיצר שהיוותה את הדגם הראשון של מכונת ירייה
בנוסף בין השנים 1604 ל-1800 הוביל הפרלמנט הבריטי את תקנות הגידור תוך כדי המרת מיליוני אקר של אדמה חקלאית לידיים פרטיות, מה שהוביל ביחד גורמים נוספים את מהפכת החקלאות הבריטית לקיטון בכוח העבודה הדרוש לסקטור החקלאי וגידול בכוח העבודה הזמין לסקטור התעשייה מה שהיווה גורם מרכזי בהתפתחות תעשייתית, במיוחד תעשיית הפחם.
גורם נוסף ולא פחות משמעותי היה התפתחות של רעיון החברה בערבון מוגבל[2], שהתפתח במאה ה-17 עבור מונופולים שהוכרו בצ'רטר מלכותי או חקיקה פרטית של הפרלמנט והורחב באמצע המאה ה-19 לחברות כלליות, מה שאיפשר ניהול וגידור סיכונים יעיל בידי משקיעים על ידי השקעה במניות חברה ללא הסיכון שהיה קיים בהשקעה בעסקים פרטיים ביצירת הפסדים וחובות שיכבידו על המשקיעים. מרכז העסקים הבריטי התנהל בזמן המהפכה התעשייתית בבורסה של לונדון שהוקמה ב-1801.
תחילת המהפכה התעשייתית הייתה קשורה למספר קטן של המצאות[3] שהומצאו החל מהמחצית השנייה של המאה ה-18. עד שנות ה-30 של המאה ה-19 הושגו במספר טכנולוגיות מרכזיות השיפורים הבאים:
טקסטיל: המעבר מטווייתכותנה ידנית בעזרת גלגל טווייה לטוויית כותנה מכנית באמצעות קיטור או מים (על ידי מסגרת טווייה) הגדיל את התפוקה של פועל פי 1200 עד שנת 1832. המצאת הנול המכני הגדילה את התפוקה של פועל פי 40[4]. המצאת המנפטה הגדילה את היעילות של הפרדת הזרעים מהכותנה פי 50. חלו גם שיפורים באריגה ובטווייה של צמר ופשתן, אך לא באותה המידה של כותנה.
קיטור: היעילות של מנועי קיטור השתפרה כך שהם נדרשו לבין חמישית לעשירית מכמות הדלק המקורית. פיתוח מנועי קיטור נייחים בעלי תנועה סיבובית התאים אותם לשימוש תעשייתי. למנוע בלחץ גבוה יש יחס הספק למשקל גבוה, שהתאים אותו לאמצעי תחבורה. השימוש בכוח הקיטור גדל במהירות אחרי 1800.
ייצור ברזל: השימוש בקוק בתור פחם (במקום פחם עץ) הוזיל במידה ניכרת את עלות הדלק לייצור של ברזל גולמי וברזל חשיל. בנוסף, השימוש בקוק אפשר בנייה של תנורי רם גדולים יותר, שהגדילו את יעילות הייצור על ידי היתרון לגודל. שימוש במנוע קיטור לשאיבת מים כדי להפעיל מפוחי אוויר במפחות החל באמצע שנות ה-50 של המאה ה-18, ואפשר הגדלה ניכרת בייצור הברזל על ידי הסרת המגבלה על כוח המים, שעד אז היה תלוי בזרימה הטבעית של נחלים ונהרות. בצילינדר ניפוח עשוי ברזל יצוק נעשה שימוש לראשונה ב-1760. מאוחר יותר הצילינדר שודרג לעבוד בפעולה כפולה, דבר שאפשר טמפרטורות גבוהות יותר בתנורי רם. תהליך המירוס (תהליך בו הברזל הגולמי מותך כך שמוצא ממנו הפחמן, כמו שיפורט בהמשך) אפשר יצירת ברזל חשיל עמיד בעלות נמוכה יחסית למפחה. ערגול מהיר פי חמישה-עשר מאשר עיצוב הברזל באמצעות פטיש. חימום מקדים של האוויר הנכנס לכבשן (טכנולוגיית משב אוויר חם) הגדיל מאוד את נצילות הדלק הנצרך בתהליך יצירת הברזל.
כלים מכניים: הומצאו הכלים המכניים הראשונים. אלה כללו מכונה לקידוח גליל ומכונת כרסום (כרסומת), והמחרטה שוכללה לעיבוד ברזל לחיתוך ברגים ועיצוב צירים. הכלים המכניים הפכו את הייצור הכלכלי של חלפי מתכת סטנדרטיים לאפשרי, אף על פי שלקח מספר עשורים לפתח שיטות אפקטיביות.
תעשיית הטקסטיל
סטטיסטיקות של תעשיית הטקסטיל הבריטית
אריגה בנול ידני ב-1747, מתוך סדרת התחריטים של ויליאם הוגארת, "חריצות ועצלות"
בשנת 1750 בריטניה ייבאה 2.5 מיליון פאונד (כ-1.1 מיליון ק"ג) של כותנה גולמית, שרובה נטוותה ונארגה בתעשייה ביתית בלנקשייר. העבודה נעשתה באופן ידני בבתי הפועלים או לעיתים בסדנאות של האורגים המומחים. בשנת 1787 צריכת הכותנה הגולמית הגיעה ל-22 מיליון פאונד (כ-10 מיליון ק"ג) כאשר רובה נוקתה, נופטה ונטוותה באופן מכני. תעשיית הטקסטיל הבריטית השתמשה ב-52 מיליון פאונד (כ-24 מיליון ק"ג) של כותנה בשנת 1800, שגדלו ל-588 מיליון פאונד בשנת 1850.
החלק של הערך המוסף על ידי תעשיית הכותנה בבריטניה עמד על 2.6% בשנת 1760, על 17% ב-1801 ועל 22.4% ב-1831. הערך המוסף לתעשיית הצמר הבריטית היה 14.1% ב-1801. מספר מפעלי הכותנה בבריטניה הוערך בקירוב ב-900 ב-1797. ב-1760 כשליש מבגדי הכותנה בבריטניה יוצאו, מספר שעלה לכשני שלישים ב-1800. בשנת 1781 הכותנה הטווייה בבריטניה הסתכמה ב-5.1 מיליון פאונד (כ-2.3 מיליון ק"ג), שעלו ל-56 מיליון פאונד (25 מיליון ק"ג) ב-1800. בשנת 1788 היו 50,000 פלכים בבריטניה, וכעבור 30 שנה מספרם עלה ל-7 מיליון.
המשכורות בלנקשייר, אזור ליבה של תעשייה ביתית ומאוחר יותר של מפעלי טווייה ואריגה, היו גבוהות בערך פי שישה מאשר המשכורות המקבילות בהודו של 1770, כאשר הפריון הכולל של בריטניה באותה תקופה היה גבוה פי שלושה בערך מאשר בהודו.
לחלקים מהודו, סין, מרכז אמריקה, דרום אמריקה והמזרח התיכון יש היסטוריה ארוכה של ייצור טקסטיל מכותנה באופן ידני, שנהפך לענף תעשייה מרכזי זמן מה לאחר 1000 לספירה. בהודו חלק משמעותי מבדי הכותנה יוצר לשווקים מרוחקים, ונארג בדרך כלל על ידי אורגים מומחים. בעקבות עידן התגליות, החל מסחר נרחב של בדי כותנה, שהייתה חומר גלם קשה להשגה באירופה, בין הודו למדינות אירופה השונות, שעד אז היו זמינים בהן צמר ופשתן בלבד.
מגלי ארצות ספרדים מוקדמים גילו שהאינדיאנים מגדלים זנים לא ידועים של כותנה מאיכות מעולה: כותנת אי הים וכותנת הרמות. כותנת אי הים גדלה באזורים טרופיים ובאיים הסמוכים לקרוליינה וג'ורג'יה, אבל גדלה גרוע בפנים הארץ. כותנת הרמות גדלה היטב באזורים הפנימיים של ארצות הברית, אבל גידולה לא היה כלכלי בגלל הקושי להפריד את הזרעים מהסיבים.
החל מימי הביניים היו באירופה, ובכלל זה בבריטניה, ניסיונות לטווייה ואריגה של כותנה. הביגוד הבריטי לא היה יכול להתחרות בביגוד ההודי מכיוון שעלות כוח העבודה ההודי הייתה בערך רבע או שישית מעלות כוח העבודה הבריטי[5]. ב-1700 ו-1721 העביר השלטון הבריטי את חוקי קליקו במטרה להגן על תעשיות האריגה והטווייה המקומיות מהכמות הגוברת של אריגי כותנה שמיובאים מהודו[5]. למרות טווית הכותנה האירופית ויבוא הכותנה מהודו כמות הכותנה הנסחרת במערב אירופה הייתה שולית עד תחילת המאה ה-19.
הצורך באריגים כבדים יותר נענה על ידי תעשייה ביתית באזור לנקשייר שייצרה פוסטיאן, בגד עם שתי מפשתן וערב מכותנה. פשתן שימש בתור שתי היות שלכותנה לא היה החוזק הנדרש, אבל התוצאה המשולבת לא הייתה רכה כמו כותנה והייתה קשה יותר לתפירה[4].
ערב המהפכה התעשייתית, טווייה ואריגה נעשו במשקי בית, לצריכה פנימית וכתעשייה ביתית כחלק ממערכת של קבלנות משנה. לעיתים העבודה נעשתה בסדנאות של אורג מומחה. במסגרת מערכת קבלנות המשנה, פועלים ביתיים ייצרו תחת חוזה עם סוחרים, שלעיתים קרובות סיפקו את חומרי הגלם. בעונות מתות הנשים, בדרך כלל נשות האיכרים טוו את החוטים והגברים ארגו את הבד. לפי הערכות שונות, בעזרת גלגל הטווייה נדרשו שלושה עד שמונה טווים כדי לספק חוטים לאורג אחד עם נול ידני[4][6].
המצאת מכונות הטקסטיל
הבוכייר המעופף, עליו רשם ג'ון קאי פטנט בשנת 1733, הוא מנגנון המכיל מסילה צרה וארוכה, עליה הבוכייר (כלי המכיל בתוכו סליל עם חוט הערב) עובר בין חוטי השתי, ופטישים קטנים המניעים את הבוכייר מצד אחד של הנול לצד השני. הבוכייר, שקיבל מספר שכלולים בשנים הבאות כולל אחד חשוב בשנת 1747, הכפיל את התפוקה של האורגים, והחמיר את חוסר האיזון בין הטווייה לאריגה. הוא נכנס לשימוש רחב באזור לנקשייר אחרי 1760 כאשר הבן של ג'ון, רוברט, המציא את תיבת ההפלה (drop box), שהקלה על חילוף צבעי החוטים[6].
לואיס פול רשם פטנט על מכבש הטווייה (ב-1738) ועל מערכת דילוג וסליל (flyer and bobbin) כדי ליצור חוטי צמר בעובי גדול יותר. הוא פיתח את הטכנולוגיה בעזרת ג'ון וויאט בברמינגהם. פול וויאט הקימו מפעל בברמינגהם בו הם השתמשו בחמור כדי להפעיל את מכונת הכבישה שלהם. בשנת 1743 הוקם מפעל בנורת'המפטון עם 50 פלכים על כל אחת מחמש המכונות של פול וויאט, המפעל פעל עד 1764 בערך. מפעל דומה הוקם על ידי דניאל בורן בליאומינסטר, אך נשרף. לואיס פול ודניאל בורן רשמו שניהם פטנט על מכונות ניפוץ בשנת 1748. בהמצאה, שהתבססה על שתי מערכות של מכבשים שנעים במהירויות שונות, נעשה שימוש מאוחר יותר במפעל טווית הכותנה הראשון. ההמצאה של פול פותחה ושוכללה מאוחר יותר על ידי ריצ'רד ארקרייט, שהמציא את מכונת המים ועל ידי סמואל קרומפטון, שהמציא את פרד הטווייה.
מודל של ג'ני הטווה במוזיאון בוופרטאל. ג'ני הטווה, שהומצאה על ידי ג'יימס הרגריבס ב-1764, הייתה אחת ההמצאות שהתחילו את המהפכה.
בשנת 1764, בכפר סטנהיל בנפת לנקשייר, ג'יימס הרגריבס המציא את ג'ני הטווה, ורשם עליה פטנט בשנת 1770. זאת הייתה מכונת הטווייה המעשית הראשונה עם מספר פלכים. ג'ני פעלה בצורה דומה לגלגל טווייה, כאשר בהתחלה היא הידקה את הסיב ואז מתחה אותו תוך כדי פיתול[4]. זו הייתה מכונת עץ פשוטה נתונה במסגרת, שעלתה רק כ-6 ליש"ט עבור מודל של 40 פלכים ב-1792, ונעשה בה שימוש בעיקר לטווייה ביתית. ג'ני הטווה ייצרה חוטים מפותלים קלות שהתאימו רק לשימוש כערב, לא כשתי[6].
מכונת הטוויה, או מכונת המים, יוצרה על ידי ריצ'רד ארקרייט, שרשם עליה פטנט יחד עם עוד שני שותפים ב-1769. לפי אחת הגרסאות, העיצוב שלה התבסס באופן חלקי על מכונת הטווייה שנבנתה עבור תומאס הייס על ידי השען ג'ון קאי (לא לבלבל עם ג'ון קאי ממציא הבוכייר המעופף),שהועסק (מאוחר יותר) על ידי ארקרייט[6]. עבור כל פלך, מכונת המים השתמשה בסדרה של ארבעה זוגות של מכבשים שכל אחד מהם פעל במהירות גבוהה יותר מקודמו, כדי למתוח את הסיב לפני שהוא מפותל על ידי הפלך. המרווח בין המכבשים היה גדול מעט יותר מאורך החוט. מרווח קטן מדי יכול לגרום לסיב להיקרע ואילו מרווח גדול מדי יכול ליצור חוט לא אחיד. המכבשים העליונים כוסו בעור והעומס על המכבשים מומש בעזרת משקל. המשקל שמר על הפיתול של החוט מלהתפשט למאחורי המכבשים. המכבשים התחתונים היו עשויים עץ ומתכת, עם חריץ לאורך מיקום הסיב. מכונת המים ייצרה חוט חזק בעלות בינונית שמתאים לשמש כשתי, דבר שאפשר לראשונה לייצר בגדים מ-100% כותנה בבריטניה. המפעל הראשון שהשתמש במכונת הטווייה הופעל על ידי סוסים. ארקרייט ושותפיו השתמשו בכוח המים, שנתן להמצאה את שמה, במפעל בקרומפורד, דרבישייר, בשנת 1771.
הדגם האחרון ששרד מבין דגמי פרד הטוויה שנבנו על ידי הממציא סמואל קרומפטון. הפרד ייצר חוט בעל איכות גבוהה עם כוח אדם מינימלי. מוזיאון בולטון, מנצ'סטר רבתי.
סמואל קרומפטון המציא את פרד הטוויה בשנת 1779. הוא קרא לו כך כי המכונה הייתה מעין הכלאה בין ג'ני הטווה לבין מכונת המים. ב"פרד" הסיבים הגולמיים הוחזקו בסלילים הנמצאים במסגרת קבועה, וחוברו דרך מכבשים לפלכים, שנמצאו על עגלה מקבילה שהתקרבה והתרחקה מהמסגרת. כאשר העגלה התרחקה, הסיבים נמתחו והתפתלו בעזרת המכבשים, וכאשר העגלה התקרבה הסיבים הודקו והפלכים הסתובבו כדי לאסוף את החוטים שנטוו זה עתה[6]. הפרד של קרומפטון היה מסוגל לייצר חוטים מעודנים יותר מאשר טווייה ידנית ובמחיר זול יותר[6]. חוטים שיוצרו על ידי הפרד היו בעלי חוזק מתאים לשמש כשתי ולבסוף אפשרו לבריטניה לייצר אריגים תחרותיים בכמות גדולה.
כאשר אדמונד קרטרייט הבין שפקיעת הפטנט של ארקרייט תגדיל מאוד את אספקת הכותנה הטווייה ותגרום למחסור באורגים, הוא פיתח נול מכני אנכי שמופעל בידי שני אנשים ורשם עליו פטנט בשנת 1785. בשנת 1786 הוא רשם פטנט על נול רגיל יותר באופן פעולתו[6]. קרטרייט הקים שני מפעלים, הראשון נשרף והשני נהרס על ידי העובדים שלו. לעיצוב של קרטרייט היו מספר חסרונות, שהרציני מבניהם הוא קריעה של סיבים בנול. סמואל הורוקס רשם פטנט על נול מצליח למדי בשנת 1813. ריצ'רד רוברטס שיפר את הנול של הורוקס בשנת 1822, וכמויות גדולות של נולים כאלה יוצרו על ידי רוברטס, היל ושות'[4].
הדרישה הגוברת לכותנה יצרה הזדמנות לבעלי המטעים בדרום ארצות הברית, שחשבו שכותנת הרמות תהיה גידול רווחי אם תהיה דרך טובה יותר להפריד ממנה את הזרעים. איליי ויטני נענה לאתגר והמציא מנפטת כותנה זולה. אדם המשתמש במנפטה היה יכול להפריד ביום אחד כמות סיבים שבעבר לקח לאישה חודשיים להפריד (בהנחה שהיא עבדה בקצב של פאונד כותנה ביום).
ההתקדמות בתחומים אלו מומנה על ידי יזמים, שהידוע ביותר מבניהם הוא ריצ'רד ארקרייט. לזכותו של ארקרייט נזקפו מספר המצאות, שלמעשה פותחו על ידי אנשים כמו תומאס הייס וג'ון קאי. ארקרייט טיפח את הממציאים, רשם פטנטים על הרעיונות, מימן את היוזמות והגן על המכונות. הוא הקים טחנת כותנה ששילבה את כל תהליכי הייצור למפעל אחד ופיתח את השימוש בכוח - תחילה כוח סוסים ואחר כך כוח המים – שהפך את ייצור הכותנה לתעשייה מכנית. ממציאים אחרים הגדילו את היעילות של צעדים בודדים בתהליך הטווייה (ניפוץ, פיתול, טווייה וגלגול) כך שאספקת החוטים גדלה בהרבה. במהרה נכנס לשימוש כוח הקיטור והניע את מנגנוני הכותנה. העיר מנצ'סטר קיבלה את הכינוי "כותנופוליס" בתחילת המאה ה-19, כאות למפעלי הטקסטיל הרבים שלה.
אף על פי שהמיכון הפחית בצורה דרמטית את עלות בגדי הכותנה, באמצע המאה ה-19 בגדים שנארגו באופן מכני עדיין לא השתוו באיכותם לבגדים הודיים ארוגים בעבודת יד, חלקית בגלל העדינות של סוג הסיבים בהם השתמשו בענף הטקסטיל ההודי, דבר שאפשר מספר סיבים גבוה. למרות זאת, היעילות הגבוהה של תעשיית הטקסטיל הבריטית אפשרה לבגדים הבריטיים הגסים לרדת מתחת לרמת המחירים של הבגדים שנטוו ונארגו בעבודת יד בהודו בעלת רמת השכר הנמוכה, וכך לבסוף הרסה את התעשייה ההודית.
צמר
הניסיונות האירופאיים הראשונים למיכון הטווייה בוצעו בצמר. למרות זאת, טווית צמר הוכחה כקשה יותר למיכון מאשר טווית כותנה. השיפור ביעילות טווית הצמר במהלך המהפכה התעשייתית היה משמעותי, אבל הרבה פחות מאשר השיפור בטוויית הכותנה[7].
המפעל הממוכן הידוע הראשון היה טחנת המשי המונעת במים שהפעיל ג'ון לומב בדרבי בשנת 1721. לומב למד ייצור סיבי משי כאשר עבד באיטליה ופעל כמרגל תעשייתי. ייתכן שבאיטליה היו מפעלים דומים, אך מכיוון שתעשיית המשי האיטלקית שמרה את הסודות שלה בקפדנות, מצב התעשייה באיטליה באותו זמן לא ידוע. אף על פי שהמפעל של לומב היה מוצלח מבחינה טכנית, אספקת המשי הגולמי מאיטליה הופסקה כדי לחסל את התחרות. כדי לקדם את התיעוש, הכתר הבריטי שילם על המודלים המכניים של לומב והם הוצגו במצודת לונדון.
בצרפת נעשו במהלך המאה ה-18 ותחילת המאה ה-19 מספר ניסיונות לבניית נול המסוגל לארוג דוגמאות משי סבוכות באופן אוטומטי. בשנת 1725 בזיל בושון המציא נול אוטומטי למחצה הנשלט על ידי סרט מנוקב. בין השנים 1747 ל-1750 הממציא הצרפתי ז'אק דה-ואוקנסון שיכלל את הנול של בושון ובנה נול אוטומטי באופן מלא, אך נול זה לא זכה להצלחה. לבסוף, בשנת 1804 המציא ז'וזף מארי ז'אקאר, טווה משי צרפתי, בהתבסס על ההמצאות הקודמות, את הנול של ז'אקאר, נול אוטומטי מוצלח המסוגל לארוג בדים מורכבים במהירות בעזרת כרטיסי ניקוב. השימוש בכרטיסי ניקוב ככלי לשליטה בפעולתה של המכונה נחשב לפורץ דרך בהיסטוריה של המחשוב.
תעשיית הברזל
סטטיסטיקות תעשיית הברזל הבריטית
ברזל חשיל היה הצורה הנסחרת של ברזל ונעשה בו שימוש ליצירת סחורות כמו מסמרים, חוטי תיל, צירים, פרסות סוסים, גלגלי עגלה, שרשראות ועוד. בנוסף, נעשה בו שימוש לצורות מבניות. בכמות קטנה של ברזל חשיל נעשה שימוש ליצירת פלדה. בברזל יצוק נעשה שימוש ליצירת סירים, תנורים ופריטים אחרים שלא נדרשו לרמת עמידות גבוהה. רוב ברזל היציקה זוקק והומר לברזל חשיל, עם אובדן ניכר. ברזל חשיל יוצר גם על ידי תהליך בלומרי[ג], שהיה תהליך בולט להיתוך ברזל עד המאה ה-18 המאוחרת.
בשנת 1720 היו בבריטניה 20,500 טון ברזל יצוק שנוצרו בעזרת פחם עץ ו-400 טון שנוצרו בעזרת קוק. בשנת 1750 ייצור ברזל יצוק מפחם עץ עמד על 24,500 טון וייצור ברזל יצוק מקוק עמד על 2,500 טון. בשנת 1788 ייצור ברזל יצוק מפחם עץ עמד על 14,000 ולעומת זאת ייצור ברזל יצוק מקוק עמד על 54,000 טון. בשנת 1806 ייצור ברזל יצוק מפחם עץ עמד על 7,800 טון וייצור ברזל יצוק מקוק עמד על 250,000 טון.
בשנת 1750 בריטניה ייבאה, זיקקה מברזל יצוק או ייצרה ישירות 31,200 טון של ברזל חשיל בעזרת פחם עץ ו-100 טון בעזרת קוק. בשנת 1796 בריטניה ייצרה 125,000 טונות של ברזל חשיל בעזרת קוק ו-6,400 טון בעזרת פחם עץ, היבוא עמד על 38,00 טון והיצוא על 24,600 טון. בשנת 1806 בריטניה לא ייבאה ברזל חשיל, וייצאה 31,500 טון ברזל חשיל.
חידושים בתהליך הפקת הברזל
אחד השינויים המרכזיים בתעשיית הברזל במהלך המהפכה התעשייתית היה ההחלפה של עץ וביו-דלקים אחרים בפחם. עבור הפקת אותה כמות של חום, כריית פחם מצריכה כוח עבודה קטן יותר מאשר חטיבת עצים והפיכתם לפחם עץ. בנוסף, פחם היה מצוי בשפע יותר מעץ, שהאספקה שלו נעשתה מצומצמת לפני העלייה האדירה בייצור הברזל במהלך סוף המאה ה-18. בסביבות 1750 קוק החליף בדרך כלל את פחם העץ בהיתוך של נחושת ועופרת והתפשט בצורה רחבה בהכנת זכוכית. הברזל שנוצר על ידי היתוך וזיקוק עם פחם וקוק היה נחות בהשוואה לברזל שנוצר עם פחם עץ בגלל תכולת הגופרית של הפחם. התעשייה הכירה פחמים דלי-גופרית, אבל גם הם הכילו כמות מזיקה של גופרית. המרה של פחם לקוק הפחיתה רק במעט את כמות הגופרית, ורק מיעוט מהפחמים הפכו לקוק.
גורם אחר שהגביל את תעשיית הברזל לפני המהפכה התעשייתית היה המחסור בכוח מים הנדרש כדי להפעיל את מפוחיהכבשנים. מגבלה זו נפתרה על ידי המצאת מנוע הקיטור.
כבשן הדף מסוגל ליצור ברזל יצוק בעזרת פחם מאובן. הפחם הבוער נשמר נפרד מהברזל וכך לא מזהם את הברזל בסיגים כמו גופרית וסיליקה. דבר זה פתח את הדרך להגדלת ייצור הברזל.
השימוש בפחם להיתוך ברזל התחיל מעט לפני המהפכה התעשייתית, בעקבות החידושים של סר קלמנט קלרק ואחרים בשנת 1678, בשימוש בכבשני הדף מוזנים בפחם, שנודעו בכינוי "כיפה". כבשני הדף הם כבשנים בהם חומרי הבעירה ועפרות המתכת נמצאים בתאים נפרדים, והגזים הנפלטים מחומרי הבעירה עוברים לתא העפרות דרך חלל הנמצא מעל הקיר המפריד בין התאים. בכבשנים אלו הבעירה פעלה על תערובת של עפרות ופחם או פחם עץ, וחמזרה את התחמוצת למתכת. היתרון של טכנולוגיה זאת הוא שזיהומים בפחם (כמו אפר גופרית) לא חודרים לתוך המתכת. טכנולוגיה זו יושמה על עופרת החל מ-1678 ועל נחושת החל מ-1687. הטכנולוגיה יושמה גם לבית יציקת ברזל בשנות ה-90 של המאה ה-17 אבל במקרה כזה כבשן ההדף היה ידוע ככבשן אוויר.
בשנת 1709 אברהם דרבי הצליח להשתמש בקוק כדי להפעיל את תנור הרם שלו בקולברוקדייל. הברזל הגולמי שהוא ייצר מקוק לא התאים להכנת ברזל חשיל, אלא רק להכנת מוצרים מברזל יצוק כמו סירים וקומקומים. הסירים שנוצקו בתהליך שדרבי רשם עליו פטנט היו דקים יותר וזולים יותר מהסירים שיצרו מתחריו.
כמעט ולא נעשה שימוש בברזל גולמי שהוכן על ידי קוק ליצירת ברזל חשיל עד השנים 1755–1756, כשהבן של דרבי, אברהם דרבי השני, בנה כבשנים בהורסהיי ובקטליי, מקומות בהם היה זמין פחם דל בגופרית (והם לא היו רחוקים מקולברוקדייל). הכבשנים החדשים האלו, צוידו במפוחים מונעים במים, כאשר המים נשאבו לגובה בעזרת מנוע הקיטור של ניוקומן. המנועים לא חוברו ישירות לצילינדרי הניפוח מכיוון שהמנועים לבדם לא היו יכולים לייצר משב אוויר יציב. גם אברהם דרבי השלישי השתמש במפוחים מונעים במים שנשאבו בעזרת קיטור בחברת דייל, עליה הוא קיבל בעלות בשנת 1768. חברת דייל השתמשה במנועים לניקוז המכרות בבעלותה, וייצרה חלקי מנועים שנמכרו ברחבי המדינה.
השימוש במנועי קיטור הפך את השימוש בכבשנים בעלי נפח ולחץ גבוהים יותר לאפשרי. עם זאת, העור בו נעשה שימוש למפוחים היה יקר להחלפה. בשנת 1757 אמן הברזל ג'ון ווילקינסון רשם פטנט על מנוע ניפוח הידראולי לתנורי רם[8]. צילינדר הניפוח לתנורי רם הומצא בשנת 1760, וצילינדר הניפוח שעוצב על ידי ג'ון סמיטון והוצב בקרינגטון בשנת 1768 נחשב לצילינדר הניפוח הראשון העשוי מברזל יצוק. צילינדרים מברזל יצוק שנועדו לפעול עם בוכנה היו קשים לייצור: הצילינדר צריך להיות חלק וישר ללא חורים או עיוותים. בשנת 1774 ג'ון ווילקינסון, שבנה צילינדר ניפוח מברזל יציקה לצורך מפעל הברזל שלו, המציא מכונת קידוח מדויקת לצילינדרי קידוח. מנוע הקיטור הסיבובי, אותו המציא ג'יימס וואט ב-1782, נכנס לשימוש נרחב להפעלת מפוחים, פטישים, לערגול ולחיתוך.
גשר הברזל, שרופשייר, אנגליה. הגשר הראשון בעולם שנבנה במרזל ונפתח ב-1781.
בעיית הגופרית נפתרה על ידי שימוש בכמות מספיקה של אבני גיר, שהפכו את הגופרית לסיגים, או בשימוש בפחם דל בגופרית. השימוש בגיר או באבני גיר הצריך כבשנים בעלי טמפרטורות גבוהות יותר, כדי ליצור סיגים בזרימה חופשית. העלייה בטמפרטורת הכבשנים, שנהפכה לאפשרית בזכות המפוחים המשופרים, הגדילה את הקיבולת של תנורי רם ואפשרה העלאה בגובה הכבשנים. בנוסף לעלות נמוכה יותר ולזמינות גבוהה יותר, הקוק קשה יותר מפחם העץ, דבר שאפשר לשורה של חומרים (עפרת ברזל, דלק, סיגים) לחלחל למטה בתנור הרם בצורה יותר חלקה בלי שחומר הדלק נמחץ בכבשנים הגבוהים מאוד של סוף המאה ה-19[9].
כאשר הברזל היצוק נהפך לזול ונגיש יותר, התחילו להשתמש בו לבניית גשרים ובניינים. דוגמה מוקדמת מפורסמת לכך היא גשר הברזל, שנבנה בשנת 1779 מברזל יצוק שיוצר על ידי אברהם דרבי השלישי ונפתח לתנועה בשנת 1781[10]. למרות זאת, רוב הברזל היצוק הומר לברזל חשיל.
חתך אנכי (למעלה) ואופקי (למטה) של כבשן מירוס יחיד. A - סורג למקום האש, B - לבנים שרופות, C - מצמדים מוצלבים, D - מקום האש, E - דלת עבודה, F - אח, G - לוחות ברזל יציקה שמורים, H - קיר-גשר
אירופה הסתמכה על הבלומרי עבור רוב הברזל החשיל שלה עד להתחלת ייצור ברזל היציקה בכמויות גדולות. המרת ברזל היציקה נעשתה במפחות (finery forge – בית מלאכה בו הברזל היצוק הותך מחדש בתוך תנור מיוחד כדי להסיר ממנו את הפחמן על ידי חימצון, וחושל בעזרת קורנסים), כמו שנעשה זמן רב לפני תחילת המהפכה התעשייתית. לצורך ייצור ברזל חשיל ללא פחם עץ, פותח תהליך זיקוק משופר שכונה "חימום וריקוע" (בתהליך הברזל הותך באטמוספירה מחומצנת, קורר ורוקע. הברזל המרוקע הונח בקדירות שחוממו בכבשן הדף, ובסוף התהליך התקבל בלום שהיה ניתן לעבד בדרכים הרגילות) אבל הוא הוחלף על ידי תהליך המירוס שפיתח הנרי קורט. קורט פיתח שני תהליכי ייצור ברזל משמעותיים: ערגול בשנת 1783 ומירוס בשנת 1784. תהליך המירוס יוצר ברזל עמיד בעלות נמוכה יחסית.
מירוס משמעותו דה-פיחמון של הברזל הגולמי המותך על ידי חימצון איטי בכבשן הדף כאשר הברזל מעורבב באופן ידני בעזרת מוטות ארוכים. הברזל נטול הפחמן, שיש לו טמפרטורת התכה גבוהה יותר מברזל יצוק, נאסף לגושים על ידי הממרס. כאשר הגוש היה גדול מספיק, הממרס היה מוציא אותו. מירוס הייתה עבודה מפרכת וחמה באופן קיצוני. ממרסים מעטים הגיעו לגיל 40. מכיוון שהמירוס בוצע בכבשן הדף, הדלק בו נעשה שימוש היה פחם או קוק. תהליך המירוס היה בשימוש עד העשורים האחרונים של המאה ה-19, כאשר הברזל הוחלף בפלדה. מכיוון שתהליך המירוס הצריך מיומנות אנושית בזיהוי גושי הברזל, הוא מעולם לא מוכן בצורה מוצלחת. ערגול היה חלק חשוב מתהליך המירוס מפני שהמכבשים המחורצים הוציאו את רוב הסיגים המותכים ומיצקו את המסה של הברזל החשיל החם. הערגול ביצע את הפעולות האלו פי 15 מהר יותר מחישול הברזל על ידי קורנס. סוג אחר של ערגול, שנעשה בטמפרטורות נמוכות יותר מאשר ערגול להוצאת סיגים, נעשה כדי לייצר לוחות ברזל, ומאוחר יותר צורות מבניות כמו קורות, ברזל זוויתי וגדרות ברזל.
תיאור של בית יציקת ברזל בבישופות לייז' ב-1789 על ידי ליאונרד דפרנס
תהליך המירוס שופר בשנת 1818 על ידי בלדווין רוג'רס, שהחליף חלק מהחול שריפד את תחתית כבשן ההדף בתחמוצת ברזל. בשנת 1838 ג'ונתן הל רשם פטנט על שימוש בסיגים מחוממים (סיליקת ברזל) לתחתית הכבשן, דבר שהפחית מאוד את אובדן הברזל הנגרם מיצירת סיגים על ידי התחתית החולית של הכבשן. התהליך של הל השתמש גם בקשקשי ברזל או חלודה שהגיבו לפחמן בברזל המותך. התהליך של הל, שכונה מירוס רטוב, הפחית את אובדן הברזל הנגרם מסיגים מכמעט 50% לסביבות 8%.
המירוס נכנס לשימוש נרחב אחרי 1800. עד הזמן הזה, יצרני ברזל בריטיים השתמשו בכמויות ניכרות של ברזל שיובא משוודיה ורוסיה כתוספת לאספקה המקומית. בגלל הגידול בייצור הברזל הבריטי, היבוא החל לדעוך בשנת 1785 ובסביבות שנות ה-90 של המאה ה-18 בריטניה חיסלה את היבוא והפכה ליצואן מרכזי של ברזל מחושל.
משב אוויר חם (hot blast), שנרשם כפטנט על ידי ג'יימס ביאומונט נילסון ב-1828, היה ההתפתחות החשובה ביותר במאה ה-19 בחיסכון באנרגיה לייצור ברזל גולמי. על ידי חימום מוקדם של האוויר הנכנס לכבשן כמות הדלק הנדרש לייצור יחידה של ברזל גולמי פחתה בתחילה בשליש כאשר משתמשים בקוק ובשני שלישים כאשר משתמשים בפחם. יעילות התהליך גברה כאשר הטכנולוגיה השתפרה[4]. בנוסף, משב אוויר חם העלה את טמפרטורת ההפעלה של הכבשן, דבר שאפשר את הגדלת קיבולת הכבשנים. השימוש בכמות קטנה יותר של פחם או קוק זיהם פחות את הברזל הגולמי, וכך התאפשר שימוש בפחם באיכות נמוכה או בפחם אבן במקומות שבהם קוק לא היה זמין או שהכנתו הייתה יקרה מדי. למרות זאת, לקראת סוף המאה ה-19 עלויות התובלה ירדו במידה ניכרת.
מעט לפני המהפכה התעשייתית נעשה שיפור בייצור הפלדה, שהייתה סחורה יקרה בה נעשה שימוש רק במקום שלא היה ניתן לעשות שימוש בברזל, כמו בייצור להבים לכלים חדים ובייצור קפיצים. בנג'מין הנטסמן פיתח את טכניקת פלדת הכוּר שלו בשנת 1740. חומר הגלם לתהליך היה פלדה צרופה, שיוצרה בעזרת תהליך צִימנוּט (תהליך מיושן, בו יוצרה פלדה על ידי פחמון של ברזל יצוק)[11].
האספקה הזולה של ברזל ופלדה סייעה למספר תעשיות, כמו ייצור מסמרים, צירים, תיילים ועוד אביזרים קשיחים. ההתפתחות של הכלים המכניים אפשרה עבודה טובה יותר עם ברזל, דבר שהגדיל את השימוש בברזל בתעשיות הגדלות במהירות של מכניקה ומנועים.
כוח הקיטור
התפתחות מנוע הקיטור הנייח הייתה חלק חשוב מהמהפכה התעשייתית. למרות זאת, במהלך החלק המוקדם של המהפכה התעשייתית רוב הכוח התעשייתי סופק על ידי מים ורוח. הכוח שסופק על ידי קיטור בבריטניה בשנת 1800 מוערך בכ-10,000 כוחות סוס ואילו בשנת 1815 כוח הקיטור בבריטניה מוערך בכ-210,000 כוחות סוס.
השימוש המסחרי המוצלח הראשון בקיטור נעשה על ידי תומאס סייוורי בשנת 1698[12]. הוא בנה בלונדון משאבת מים לגבהים נמוכים המבוססת על שילוב בין לחץ לוואקום ורשם עליה פטנט. המכונה לא הכילה חלקים נעים, ייצרה כוח סוס (מושג בו סייוורי השתמש לראשונה) אחד, ונעשה בה שימוש למספר מפעלי מים ומכרות מעטים (מכאן הגיע הכינוי של המשאבה, "ידיד הכורה"). המשאבה של סייוורי הייתה כלכלית עבור מספר קטן של כוחות סוס, אבל בגדלים גדולים יותר הדוד נטה להתפוצצויות. ייצור המשאבה של סייוורי המשיך עד המאה ה-18 המאוחרת.
מנוע הקיטור מבוסס הבוכנה המצליח הראשון הומצא על ידי תומאס ניוקומן לפני 1712. מספר מנועי ניוקומן הותקנו במכרות בבריטניה כדי לנקז אזורים עמוקים בהם עד לאותה עת לא היה ניתן לעשות שימוש, כאשר המנוע מוצב על פני השטח. אלה היו מכונות גדולות, שבנייתן הצריכה כמות משמעותית של הון, וייצרו למעלה מ-5 כוחות סוס (3.7 קילו-וואט). הם הפעילו גם משאבות עירוניות לאספקת מים. במונחים מודרניים המכונות היו לא יעילות בצורה קיצונית, אבל הן הביאו תועלת גדולה במכרות, שם הפחם היה זול והן אפשרו הרחבה גדולה של כריית הפחם על ידי כרייה בעומקים גדולים יותר. למרות החסרונות שלהם, מנועי הקיטור של ניוקומן היו אמינים ופשוטים לתחזוקה, והשימוש בהם במכרות פחם נמשך עד העשורים המוקדמים של המאה ה-19. עד למותו של ניוקומן בשנת 1729, המנועים שלו התפשטו להונגריה (אליה הם הגיעו לראשונה בשנת 1722), לגרמניה, לאוסטריה ולשוודיה. עד שהפטנט המשותף של ניוקומן וסייוורי פקע בשנת 1733 ידוע שנבנו סך הכול 100 מנועים, מתוכם 14 מחוץ לבריטניה. בשנות ה-70 של המאה ה-18 המהנדס ג'ון סמיטון בנה מספר דגמים גדולים מאוד של המנוע והנהיג בו מספר שיפורים. סך הכול נבנו 1,454 מנועים עד שנת 1800.
שינוי יסודי בעקרונות הפעולה של מנוע הקיטור נגרם בזכות הסקוטיג'יימס ואט, שרשם בשנת 1769 פטנט על עקרונות הפעולה הכלליים של המנוע שלו. עם תמיכה פיננסית משותפו העסקי, האנגלימתיו בולטון, הוא הצליח להשלים עד שנת 1776 את מנוע הקיטור שלו, שכלל שורה של שינויים יסודיים, כמו איטום החלק העליון של הצילינדר, שגרם לקיטור לנוע לחלק העליון של הבוכנה במקום לאטמוספירה, שימוש במעטפת קיטור שחיממה את הצילינדר ותא נפרד לעיבוי הקיטור[12]. המעבה הנפרד ביטל את הצורך במים שהוזרמו ישירות לתוך הצילינדר, קיררו את הצילינדר ובזבזו קיטור. בצורה דומה, מעטפת הקיטור מנעה מהקיטור מלהתעבות בתוך הצילינדר, דבר שהגדיל את יעילות המנוע. שיפורים אלה הגדילו את יעילות המנוע כך שהמנועים של בולטון וואט השתמשו רק ב-25% מכמות הדלק שנדרשה למנועי ניוקמן הישנים עבור אותה עבודה[13]. בולטון וואט פתחו בשנת 1795 את בית היציקה סוהו לייצור מנועים אלו.
בשנת 1783 וואט סיים לפתח דגם סיבובי של מנוע הקיטור שלו הפועל בפעולה כפולה, כך שהיה אפשר להשתמש בו כדי להניע ישירות מכניקה סיבובית של מפעל או טחנה. שני דגמי המנועים הבסיסיים של וואט זכו להצלחה מסחרית גדולה, ועד 1800 החברה של בולטון ווואט בנתה 496 מנועים, מתוכם 164 הפעילו משאבות, 24 שירתו תנורי רם ו-308 הניעו אמצעים מכניים במפעלים. רוב המנועים ייצרו בין 5 ל-10 כוחות סוס (3.7 עד 7.5 קילו-וואט).
עד 1800 בערך הדגם הנפוץ ביותר של מנועי קיטור היה מנועי קורה, שנבנו כחלק אינטגרלי מבית-מנוע עשוי אבן או לבנים, אבל במהרה פותחו מספר דגמים של מנועים סיבוביים עצמאיים (ניתנים להזזה בקלות, אך לא על גלגלים). בסביבות 1800, כשתוקף הפטנט של בולטון וואט פקע, המהנדס ריצ'רד טרוויטיק מקורנוול והמהנדס האמריקאי אוליבר אוונס התחילו לבנות מנועי קיטור בלחץ גבוה ללא עיבוי, בהם הקיטור נדחף כנגד האטמוספירה[12]. השימוש בלחץ גבוה הוביל למנוע ומיחם שהיו קטנים מספיק כדי שייעשה בהם שימוש על כלים ניידים כמו קטרים ואניות קיטור.
פיתוח של מחרטות ממונעות, כמו גם של מכונות הקצעה, כירסום ועיצוב המופעלות על ידי מנועים, אפשר חיתוך קל ומדויק של חלקי מתכת למנועי קיטור, דבר שבתורו אפשר לבנות מנועים גדולים וחזקים יותר. [דרוש מקור]
דרישות הכוח של התעשיות הקטנות עדיין סופקו על ידי כוח השרירים של בני אדם ובעלי חיים עד להתפשטות הנרחבת של השימוש בחשמל בתחילת המאה ה-20. תעשיות אלו כללו סדנאות ומכניקה תעשייתית קלה שהופעלו על ידי ארכובות, דוושות, וסוסים.
כלים מכניים
מכניקה קדם-תעשייתית נבנתה על ידי מגוון בעלי מלאכה: בוני טחנות הקימו טחנות מים ורוח, נגרים הכינו מסגרות מעץ ונפחים וחרטים ייצרו חלקי מתכת. רכיבי עץ סבלו משינוי בממדיהם בהשפעת טמפרטורה ולחות והמפרקים השונים נטו להימתח (לעבוד רפוי) עם הזמן. כאשר המהפכה התעשייתית התקדמה, מכונות עם חלקים ומסגרות ממתכת נהפכו לנפוצות יותר. שימושים חשובים אחרים של חלקי מתכת היו לכלי נשק ומחברים כמו ברגים, בריחים ואומים. בנוסף היה קיים צורך בדיוק בייצור רכיבים. דיוק היה יכול לאפשר מכניקה העובדת טוב יותר, שימוש בחלקים חליפיים וסטנדרטיזציה של מחברים.
הדרישה לכלי מתכת הובילה לפיתוח מספר כלים מכניים. המקורות של כלים אלו היו בכלים שפותחו במהלך המאה ה-18 על ידי יצרני שעונים ויצרני מכשירים מדעיים כדי לאפשר להם ייצור קבוצתי של מנגנונים קטנים.
לפני ההופעה של הכלים המכניים, מתכות עובדו ידנית בעזרת כלים פשוטים כמו פטישים, פצירות, מסורים ואיזמלים. כתוצאה מכך, השימוש בחלקי מכונות ממתכת היה מינימלי. השיטות לייצור ידני היו מפרכות ויקרות, והיה קשה להשיג איתן דיוק טוב.
הכלי המכני המדויק הגדול הראשון היה מכונת הקידוח הגלילית, שהומצאה על ידי ג'ון ווילקינסון בשנת 1774. נעשה בה שימוש לקדיחה של צילינדרים בעלי היקף גדול למנועי קיטור מוקדמים. המכונה של ווילקינסון הייתה שונה מהמכונות המוקדמות, הנתמכות בקורה, לקדיחת קני תותחים בכך שכלי החיתוך הוצב על קורה שנמשכה לכל אורך הגליל הנקדח ונתמכה משני הצדדים שלו, ולא רק מצד אחד כמקודם.
הכרסומת של מידלטון מסביבות 1818, מיוחסת לרוברט ג'ונסון וסיימון נורת'.
רעיונות ראשוניים לבניית מכונות הקצעה עלו בצרפת של שנות ה-50 של המאה ה-18. בסוף העשור השני של המאה ה-19 מגוון חלוצים במספר סדנאות בריטיות (כולל ג'יימס פוקס, ג'ורג' ריניי, מת'יו מוראיי, ג'וזף קלמנט וריצ'רד רוברטס) פיתחו את מכונות ההקצעה לכלי מכני כמו שמקובל כיום.
הכירסומת התפתחה משיוף סיבובי, כלומר שימוש בכלי חיתוך מעגלי מסתובב כאמצעי חיתוך במחרטה. ידועה פצירה סיבובית כזאת שנוצרה על ידי ז'אק דה ואוקנסון בערך ב-1760. בשנת 1795 אלי טרי השתמש במכונת כירסום בפלימות', קונטיקט כדי לייצר חלקי שעונים מעץ והיה הראשון ליצור חלפים סטנדרטיים לתעשיית השעונים. הכירסומות המובחנות הראשונות (כאלה שהיו שונות מסתם מחרטה עם ראש מסתובב) נוצרו בין השנים 1814 ל-1818 בשתי נשקיות פדרליות של ארצות הברית ובמספר נשקיות פרטיות. לא ברור מי יצר את הכרסומת הראשונה, היסטוריונים שונים מציינים את איליי ויטני, רוברט ג'ונסון, ג'ון הל וסיימון נורת' כחלוצים בתחום. אף על פי שמכונת הכירסום (הכרסומת) הומצאה בזמן ההוא, היא לא פותחה ככלי עבודה רציני עד תקופה מאוחרת יותר במאה ה-19.
סמואל בנתאם פיתח מכונת עיצוב בין השנים 1791 ל-1793. למרות זאת, יש שמייחסים את ההמצאה לג'יימס נסמית' בשנת 1836.
מחרטת המתכת הראשונה הכוללת מאחז כלים נע הומצאה על ידי ז'אק דה ואוקנסון בשנת 1751 ותועדה באנציקלופדיה הגדולה. המחרטה נועדה לייצר מכבשים גליליים מדויקים כדי להטביע דוגמאות על בגדי משי.
המחרטות המפורסמות לחיתוך ברגים של מודסלאי, מהשנים 1797 ו-1800 לערך
בשנת 1774 ג'אן ורברוגן, נפח-אומן בבית יציקת התותחים המלכותי (Royal Gun Foundry) שברויאל ארסנל, ווליץ', התקין מכונת קידוח אופקית לקדיחת קני תותחים. כיוון שהמכונה סובבה את הקנים בניגוד לתנועת כלי החיתוך, מבחינה טכנית זאת הייתה המחרטה הראשונה בגודל תעשייתי בבריטניה. הנרי מודסלאי, שהיה שוליה של ורברוגן, הועסק מאוחר יותר על ידי ג'וזף בראמה בייצור מנעולי מתכת בעלי רמת אבטחה גבוהה, דבר שהצריך אומנות מדויקת. בראמה רשם פטנט על מחרטה עם קווי דמיון למחרטה עם מאחז כלים נע, ומודסלאי שכלל את המחרטה עם מאחז כלים נע, ויצר מחרטה שיכולה לחתוך ברגים מכניים עם זוויות תבריג משתנות בעזרת שימוש בגלגלי שיניים ניתנים להחלפה בין הציר לפס השיניים שמניע את המאחז. לפני ההמצאה שלו, דגמי המחרטות המוקדמים, שחלקם הועתקו מתבנית, לא איפשרו לחתוך בצורה מדויקת ברגים. המחרטה עם מאחז הכלים הנע נחשבת לאחת ההמצאות החשובות בהיסטוריה. אף על פי שזאת לא הייתה לחלוטין המצאה של מודסלאי, הוא היה האדם הראשון שבנה מחרטה מעשית שמשתמשת בשילוב בין ההמצאות הידועות מאחז כלים נע, פס שיניים וגלגלי שיניים מתחלפים.
ההשפעה של כלים מכניים במהלך המהפכה התעשייתית לא הייתה רבה מכיוון שחוץ מכלי נשק, מחברים מוברגים ועוד כמה תעשיות קטנות היו מעט חלקי מתכת בייצור המוני. הטכניקות לייצור המוני של חלקי מתכת בעלי דיוק מספיק כדי לשמש כחלפים סטנדרטיים מיוחסות בעיקר לתוכנית של משרד המלחמה האמריקאי ששכלל את החלקים החליפיים לכלי נשק בתחילת המאה ה-19.
באמצע המאה, בעקבות ההמצאה של כלים מכניים בסיסיים, תעשיית המכונות נהפכה למגזר התעשייתי הגדול ביותר בארצות הברית, לפי ערך מוסף.
כימיקלים
הייצור בקנה מידה גדול של כימיקלים היווה התפתחות חשובה במהלך המהפכה התעשייתית. ההתקדמות הראשונה בתחום הייתה ייצור של חומצה גופרתית על ידי תהליך תאי העופרת, שהומצא על ידי האנגלי ג'ון רובק (השותף הראשון של ג'יימס וואט) בשנת 1746. הוא הצליח להגדיל מאוד את היקף הייצור על ידי החלפת כלי הזכוכית היקרים יחסית בהם נעשה שימוש בעבר ליצירת חומצה גופרתית בתאים גדולים וזולים יותר העשויים מלוחות עופרתממוסמרים. במקום הכנה של כמות קטנה בכל פעם, רובק היה יכול להכין 50 ק"ג של חומצה גופרתית בכל אחד מהתאים, עליה של לפחות פי עשרה.
גם ייצור של אלקלי בקנה מידה גדול הפך למטרה חשובה, והכימאי הצרפתי ניקולא לבלן הצליח בשנת 1791 בפיתוח שיטה לייצור נתרן פחמתי (סודה לכביסה). תהליך לבלן נעשה בשני שלבים: תחילה יוצר נתרן גופרתי (וחומצת מימן כלורי) מנתרן כלורי (מלח בישול) וחומצה גופרתית, בשלב השני הנתרן הגופרתי חומם עם אבן גיר (סידן פחמתי) ופחם כדי ליצור תערובת של נתרן פחמתי וסידן גופרתי. בשלב האחרון נוספו מים כדי להפריד בין הנתרן הפחמתי המסיס לבין הסידן הגופרתי. התהליך יצר כמות גדולה של זיהום (חומצת המימן הכלורי התנדפה לאוויר והסידן הגופרתי היה פסולת חסרת תועלת), אף על פי כן, אבקת הסודה הסינתטית הזאת הוכחה ככלכלית בהשוואה לאבקות שהופקו משריפת צמחים מסוימים (ברילה) או מקלפ, וכן בהשוואה לאשלג (אשלגן פחמתי) שהופק מאפר עצים.
שני הכימיקלים האלה היו חשובים מאוד מכיוון שהם אפשרו הכנסה של מגוון המצאות אחרות, כאשר הם החליפו הרבה פעולות בקנה מידה קטן בתהליכים יעילים יותר כלכלית וברי שליטה. לנתרן פחמתי היו שימושים רבים בתעשיות הזכוכית, הטקסטיל, ייצור הסבונים וייצור הנייר. שימושים מוקדמים של חומצה גופרתית היו כבישה (הסרת חלודה) של ברזל ופלדה, והלבנת בגדים.
בשנת 1787 הביא ג'יימס ואט מצרפת לבריטניה את שיטתו של הכימאי הצרפתי קלוד לואיס ברתולה להלבנת אריגים בכלור. בסביבות 1800 הכימאי הסקוטי צ'ארלס טננט פיתח אבקת הלבנה (סידן תת-כלורי) בהתבסס על התגליות של ברתולה (נרשם פטנט ב-1799). האבקה יוצרה על ידי העברת גז כלור מעל סיד כבוי. הפיתוח עשה מהפכה בתהליך ההלבנה בתעשיית הטקסטיל על ידי הפחתה דרמטית של הזמן הנדרש (מחודשים לימים) בהשוואה לתהליכי ההלבנה המסורתיים שהיו אז בשימוש וכללו חשיפה חוזרת לשמש בשדות הלבנה אחרי שרייה של האריגים באלקלי או בחלב חמוץ. המפעל של טננט ברחוב רולוקס, צפון גלאזגו, נעשה למפעל הכימי הגדול בעולם.
בנוסף, בזמן המהפכה התעשייתית הייתה התקדמות בהפקת תוצרי הלוואי של הפחם. בשנת 1756 הגאולוג הסקוטי ג'יימס האטון הצליח להפיק אמוניום כלוריד מפיח. מאוחר יותר, ארצ'יבלד קוקרן, הרוזן מדנדונלד, סקוטי גם הוא, התחיל לעשות ניסויים בהפקת עטרן ולכה, חומרים שהיו חיוניים לבניית אוניות, מפסולת הגזים הנוצרת משריפת פחם. בשנת 1782 הרוזן הקים מפעל בקולרוס שייצר עטרן ולכה על פי שיטתו.
אחרי 1860 המוקד בהמצאת כימיקלים עבר לצבענים, וגרמניה לקחה את ההובלה העולמית, כשהיא בונה תעשייה כימית חזקה. כימאים שאפתנים נהרו לאוניברסיטאות גרמניות בתקופה שבין 1860 ל-1914 כדי ללמוד על הטכניקות האחרונות. בניגוד אליהם, למדענים הבריטים חסרו אוניברסיטאות מחקר והם לא הכשירו סטודנטים מתקדמים. במקום זאת, הנוהג היה להעסיק כימאים שהוכשרו בגרמניה.
צמנט ובטון
בשנת 1756, לצורך בניית מגדלור חדש באדיסטון, המהנדס ג'ון סמיטון השתמש בצמנט המכיל סיד ממקור אבן גיר המכילה אחוז חרסית גבוה, שסמיטון קרא לו "סיד הידראולי". הצמנט הכיל חלקים שווים של סיד הידראולי וחומרים מתקשרים (פוצוליאניים) טבעיים. בהתבסס על הסיד ההידראולי, סמיטון המציא מחדש את הבטון, אחרי שאבד במשך 1,300 שנה, והשתמש בו לבניית המגדלור.
מנהרת התמזה (נפתחה ב-1843). במנהרה התת-ימית הראשונה בעולם נעשה שימוש בצמנט.
ב-1796 נרשם בבריטניה פטנט על "צמנט רומי" (השונה מהצמנט הרומי המקורי) שהוא למעשה סיד הידראולי מאבן גירנית עשירה בחרסית (חוואר), השימוש בצמנט זה התפשט במהירות והוא הפך לצמנט העיקרי בשימוש עד אמצע המאה ה-19. החוקר הצרפתי ויקה יצר סיד הידראולי מלאכותי על ידי קלייה של גיר מעורב בחרסית שנטחנו יחדיו.
בשנת 1824 ג'וזף אספדין, בנאי בריטי, רשם פטנט על תהליך כימי ליצירת צמנט לו הוא קרא "צמנט פורטלנד" שהיה התקדמות חשובה במקצוע הבנייה. התהליך כלל סינטור של תערובת של חרסית ואבן גיר בטמפרטורה של בערך 1400° מעלות, ואז שחיקה של התוצר לאבקה דקה, שניתן לערבב עם מים, חול וחצץ כדי ליצור ממנה בטון. המהנדס הבריטי הנודע מארק איזמבארד ברונל עשה שימוש בצמנט פורטלנד כאשר הוא בנה את מנהרת התמזה מספר שנים מאוחר יותר. כעבור שנות דור, נעשה שימוש נרחב בצמנט פורטלנד במהלך בניית מערכת הביוב של לונדון.
תאורת גז
תעשייה חשובה אחרת במהפכה התעשייתית המאוחרת הייתה תאורת גז. אף על פי שאחרים פיתחו המצאות דומות במקומות אחרים, הייצור רחב-ההיקף של תאורת גז התחיל בעבודתו של ויליאם מֶרְדוֹךְ, עובד של חלוצי מנועי הקיטור בולטון ווואט. התהליך הורכב מהפיכה לגז בקנה מידה גדול של פחם בכבשנים, טיהור של הגז (הסרה של גופרית, אמוניה, ופחמימנים כבדים), אחסון של הגז והפצה שלו. מרדוך התחיל לעשות ניסויים בגז בין השנים 1792 ו-1794 והשתמש בגז כדי להאיר את ביתו הפרטי. תאורת הגז הוצגה לציבור הרחב לראשונה ב-1802, כאשר החזית של בית היציקה סוהו הוארה באמצעות גז. מרדוך האיר לראשונה מפעל שלם בתאורת גז בשנת 1805. שירות תאורת הגז העירוני הראשון הותקן בלונדון בין השנים 1812 ל-1820. פנסי הגז הפכו במהרה לאחד מהצרכנים העיקריים של פחם בממלכה המאוחדת. תאורת גז השפיעה על הארגון החברתי והתעשייתי מכיוון שהיא אפשרה למפעלים וחנויות להישאר פתוחים מאוחר יותר ממה שאפשרו נרות חלב או שמן. הכנסת תאורת הגז גרמה לחיי הלילה בערים ובעיירות לשגשג כאשר רחובות ומבנים יכלו להיות מוארים בהיקף נרחב יותר מבעבר.
שיטה חדשה לייצור זכוכית, הידועה כתהליך הגליל, התפתחה באירופה בתחילת המאה ה-19. שיטה זו נבדלה מהשיטה הקודמת בכך שעכשיו גלילי הזכוכית המנופחים טולטלו בתוך חפירה מיוחדת וכך נהפכו לגדולים יותר. השיטה הפיקה שמשות גדולות יותר באיכות טובה יותר. בשנת 1832 נעשה שימוש בתהליך זה ליצירת לוחות זכוכית על ידי האחים צ'אנס. הם נהפכו ליצרנים המובילים של חלונות ומשטחי זכוכית. התקדמות זו אפשרה ייצור שמשות זכוכית גדולות יותר ללא הפרעה, ובכך שחררה את תכנון החלל ועיצוב החלונות במבנים. ארמון הבדולח הוא דוגמה בולטת לשימוש בלוחות זכוכית למבנים ייחודיים וחדשניים.
לואי-ניקולא רובר, מהנדס צרפתי שעבד עבור יצרן הנייר סן לז'ה דידו (Saint-Léger Didot), רשם בשנת 1798 פטנט על מכונה להכנת גיליון רציף של נייר. המכונה הכילה סרט שקיבל זרם רציף של חומר גלם והעביר גיליון רציף של נייר רטוב לזוג גלילי סחיטה. מכונת הנייר נקראת מכונת פורדריניר על שם המממנים שלה, האחים סילי והנרי פורדריניר, שהיו בעלי מפעל למכשירי כתיבה בלונדון. אף על פי שהמכונה שודרגה בהרבה ונוצרו לה גרסאות רבות, מכונת פורדריניר נשארה האמצעי המרכזי לייצור נייר עד היום.
השיטה של ייצור רציף שהודגמה על ידי מכונת הנייר השפיעה על פיתוח ערגול רציף של ברזל ומאוחר יותר של פלדה ועל תהליכי ייצור רציף אחרים.
חקלאות
מהפכת החקלאות הבריטית נחשבת לאחד הגורמים למהפכה התעשייתית מכיוון ששיפור היצרנות החקלאית שחרר עובדים לעבוד במגזרים אחרים של הכלכלה[14]. למרות זאת, אספקת המזון לנפש באירופה הייתה קבועה או בירידה ולא השתפרה בחלקים מסוימים של אירופה עד המאה ה-18 המאוחרת.
טכנולוגיות תעשייתיות שהשפיעו על החקלאות כוללות את מכונת הזריעה (המזרעה), את המחרשה ההולנדית, שהכילה חלקי ברזל, ואת מכונת הדישה.
עורך הדין האנגלי ג'תרו תול המציא מכונת זריעה משופרת בשנת 1701. זאת הייתה מזרעה מכנית שחילקה את הזרעים באופן שווה על פני חלקת אדמה ושתלה אותם בעומק הנכון. זה היה חשוב מכיוון שהיחס בין זרעים שנקצרו לזרעים שנשתלו באותו זמן היה בסביבות אחד לארבעה או אחד לחמישה. מכונת הזריעה של תול הייתה יקרה מאוד ולא מאוד אמינה, ולכן לא הייתה לה השפעה רבה. מכונות זריעה באיכות טובה לא יוצרו עד אמצע המאה ה-18.
המחרשה "רות'רהאם" שפותחה בשנת 1730 על ידי ג'וסף פולאם הייתה מחרשת הברזל הראשונה שזכתה להצלחה מסחרית. מכונת הדיש, שהומצאה על ידי המהנדס הסקוטי אנדרו מייקל בשנת 1784, החליפה את הדיש הידני שבוצע בעזרת מחבט, עבודה מפרכת שדרשה בערך רבע מכוח האדם החקלאי[15]. לקח להמצאה מספר עשורים לחלחל. מכונת הדיש הייתה הקש ששבר את גב הגמל עבור פועלי חווה רבים, שעמדו על סף רעב, והובילה למרד החקלאי המכונה "מהומות סווינג" בשנת 1830.
כלים מכניים ושיטות לעיבוד מתכות שפותחו במהלך המהפכה התעשייתית הובילו בסופו של דבר לפיתוח שיטות ייצור מדויקות בסוף המאה ה-19 לייצור המוני של ציוד חקלאי, כמו מקצרות, מאגדי תבואה וקומביין תבואות.
כרייה
כרייתפחם בבריטניה, במיוחד בדרום ויילס, התחילה בזמנים קדומים. לפני מנועי הקיטור, מכרות היו לעיתים קרובות מכרות פעמון (מכרות שמתרחבים למטה ולצדדים מסביב למרכז החפירה, וכך יוצרים צורה דמוית פעמון) רדודים, שעקבו אחרי מרבץ פחם לאורך פני השטח וננטשו כאשר הפחם במרבץ אזל. אם הגאולוגיה הייתה מתאימה, הפחם היה נכרה דרך פיר אופקי עם כניסה שנכרתה בצלע של גבעה. היו גם מכרות בעלי פיר אנכי באזורים מסוימים, אבל הגורם שהגביל אותם היה הוצאת מים שחדרו למכרה. הוצאת המים יכלה להיעשות על ידי שאיבת דליי מים דרך הפיר, או לתעלת ניקוז שניקזה את המים לעמק סמוך. בשני המקרים, המים נשאבים לתוך זרם או תעלה במקום שבו הם יכולים לזרום החוצה בעזרת כוח הכבידה. המצאת משאבת הקיטור על ידי תומאס סיוורי ב-1698 ומנוע הקיטור של ניוקמן שהומצא ב-1712 הקלו על הוצאת המים ואפשרו בניית פירים עמוקים יותר, וכך הגדילו את כמות הפחם שהופק מהמכרות. התפתחויות אלו החלו עוד לפני המהפכה התעשייתית, אולם אימוץ השיפורים של ג'ון סמיטון למנוע הקיטור של ניוקמן ואחריו מנועי הקיטור היעילים יותר של ג'יימס וואט משנות השבעים של המאה ה-18 הפחיתו את עלויות הדלק של המנועים, והפכו את המכרות לרווחיים יותר. המנוע הקורני, שפותח בעשור השני של המאה ה-19, היה יעיל הרבה יותר ממנוע הקיטור של וואט.
כריית פחם הייתה מסוכנת מאוד בגלל נוכחות גזים דליקים במרבצי פחם רבים. רמה מסוימת של בטיחות הושגה בזכות פנס הבטיחות, שהומצא בשנת 1816 על ידי סר המפרי דייווי, ובנפרד על ידי ג'ורג' סטיבנסון. עם זאת, המנורות היוו הבטחה כוזבת מכיוון שהן נעשו לא בטוחות במהירות רבה וסיפקו אור חלש[דרוש מקור]. התפוצצויות גזים דליקים נמשכו, וגרמו לעיתים קרובות להתפוצצויות אבקת פחם, כך שמספר הקורבנות גדל לאורך כל המאה ה-19. תנאי העבודה היו גרועים מאוד, עם שיעור אבדות גבוה כתוצאה ממפולות סלעים.
לפי אשטון[16], נהוג לומר על פנסי הבטיחות שבתחילה הם לא תרמו להגדלת בטיחותו של הכורה אלא להגברת התפוקה, היות שהם אפשרו לנצל מרבצים שלפני כן נחשבו מסוכנים מדי לכרייה.
באמצע המאה נוצר בהדרגה עניין ציבורי באנגליה סביב תנאיהם של הכורים במכרות, ולאחר חשיפה של מספר מקרים של תנאי העסקה קשים במיוחד, נחקק בשנת 1842חוק מכרות וסוכנויות תיווך (אנ'), האוסר על העסקה במכרות של נשים ונערים מתחת לגיל 10. בשנים שלאחר מכן הוסדר הנושא בהדרגה[17]. בדומה לתופעות נוספות שהיו חלק מהמהפכה, גם מגמה זו התפשטה בהדרגה מחוץ לאנגליה, וחוקים ברוח דומה נחקקו גם במדינות נוספות[18].
תחבורה
בתחילת המהפכה התעשייתית, תובלה יבשתית נעשתה על ידי דרכים או נהרות יפים לשיט, כאשר סחורות כבדות הושטו בים לאורך החופים. נעשה שימוש במסילות לעגלות כדי להעביר מטעני פחם לנהרות, משם הם הועברו הלאה, אך תעלות עדיין לא נבנו באופן נרחב. בהמות משא סיפקו את כוח ההנעה של כל אמצעי התובלה היבשתיים, ומפרשים סיפקו את כוח ההנעה בים. מסילות הברזל הראשונות נבנו לקראת סוף המאה ה-18 ונועדו לשימוש סוסים, כאשר קטרים נכנסו לשימוש בעשורים המוקדמים של המאה ה-19. שיפור טכנולוגיות המפרשים האיץ את מהירות השיט הממוצעת ב-50% בין השנים 1750 ו-1830[19].
המהפכה התעשייתית שיפרה את תשתית התחבורה בבריטניה עם רשת דרכים מהירות, רשת תעלות ונתיבי שיט ורשת מסילות ברזל. חומרים גולמיים ומוצרים מוגמרים יכלו לנוע במהירות גבוהה יותר ובעלות נמוכה יותר מאשר מקודם. התפתחות התחבורה אפשרה גם לרעיונות חדשים להתפשט במהירות.
לפני ובמהלך המהפכה התעשייתית שופר הניווט במספר נהרות בבריטניה על ידי הסרת מכשולים, יישור פיתולים, הרחבה, העמקה ובניית תאי שיט. בבריטניה היו יותר מ-1,000 מייל של נהרות ונחלים יפים לשיט ב-1750.
תעלות ונתיבי שיט אפשרו להוביל את רוב החומרים באופן יעיל כלכלית על פני מרחקים גדולים בפנים הארץ, זאת מכיוון שסוס יכול למשוך דוברה עם מטען גדול בעשרות מונים מהמטען שניתן להובלה בעגלה.
כריית התעלות בבריטניה החלה במאה ה-18 המאוחרת, כדי לקשר את מרכזי התעשייה העיקריים לאורך המדינה. תעלת ברידג'ווטר בצפון מערב אנגליה, שנפתחה בשנת 1761, מומנה ברובה על ידי הדוכס השלישי מברידג'ווטר (פרנסיס אגרטון) ונודעה בשל ההצלחה המסחרית הענקית שלה. חפירת התעלה מוורסלי עד לעיר הגדלה במהירות מנצ'סטר עלתה 168,000 ליש"ט (26,468,481 ליש"ט במושגי 2020)[20][21] אבל היתרונות שלה על פני הובלה ביבשה או על פני נהר גרמו לכך שתוך שנה מפתיחת התעלה ב-1761 מחירי הפחם במנצ'סטר ירדו בערך בחצי. ההצלחה של התעלה נתנה השראה לתקופה של חפירת תעלות אינטנסיבית, שידועה כ"קדחת התעלות". תעלות חדשות נחפרו במהירות במטרה לשחזר את ההצלחה המסחרית של תעלת ברידג'ווטר, הבולטות מבניהן הן תעלת לידס וליברפול ותעלת התמזה והסוורן, שנפתחו ב-1774 ו-1789, בהתאמה.
בשנות העשרים של המאה ה-19 הייתה קיימת רשת תעלות לאומית. חפירת התעלות היוותה מודל לארגון ולשיטות ששימשו מאוחר יותר לבניית מסילות ברזל. בסופו של דבר התעלות, כמיזמים כלכליים נושאי רווח, הוחלפו על ידי מסילות הברזל משנות ה-40 והלאה. התעלה החשובה האחרונה שנחפרה בבריטניה היא תעלת הספינות של מנצ'סטר, שבשעת פתיחתה בשנת 1894 הייתה תעלת הספינות הגדולה בעולם[22] והפכה את מנצ'סטר לעיר נמל. למרות זאת, התעלה לעולם לא השיגה את ההצלחה הכלכלית לה קיוו מממניה, וסימנה את שקיעת התעלות כעורקי תחבורה בעידן שנשלט על ידי מסילות הברזל, שהיו מהירות יותר ולעיתים קרובות גם זולות יותר.
רשת התעלות הבריטית, ביחד עם מבני הטחנות שלה ששרדו, מהווה את אחד המאפיינים הבולטים למהפכה התעשייתית המוקדמת שעדיין נראים בנוף הבריטי.[דרוש מקור]
דרכים
סלילת דרך מק'אדם הראשונה בארצות הברית (1823). בחזית, פועלים שוברים לבנים "כך שלא יעלו על משקל 6 אונקיות או שיעברו טבעת בת שני אינץ'"[23].
צרפת הייתה ידועה במערכת הדרכים המצוינת שלה בתקופת המהפכה התעשייתית. עם זאת, ברוב אירופה היבשתית ובבריטניה הדרכים היו במצב גרוע ומחורצות באופן מסוכן.
רוב מערכת הדרכים הבריטית המקורית תוחזקה בקושי על ידי אלפי קהילות מקומיות, אבל החל משנות ה-20 של המאה ה-18 (ולעיתים עוד קודם) החלו לקום נאמנויות כבישי אגרה כדי לגבות אגרה ולתחזק מספר דרכים. מספר גדל והולך של דרכים נהפכו לדרכי אגרה החל משנות ה-50 של המאה ה-18 עד למצב שבו כמעט כל הדרכים המרכזיות באנגליה ובוויילס היו תחת אחריות של נאמנויות אגרה. דרכים מתוכננות חדשות נבנו על ידי ג'ון מטקלאף, תומאס טלפורד, ובעיקר ג'ון לאודון מקאדם, כאשר קטע הכביש ה"מקאדמי" הראשון היה דרך מארש באשטון גייט, בריסטול, שנפתח ב-1816. הכבישים של מקאדם היו בנויים משכבות של אבני חצץ מהודקות היטב בגודל אחיד, כאשר השכבות הנמוכות יותר מכילות אבני חצץ גדולות והשכבות העליונות מכילות אבני חצץ קטנות. הכבישים נבנו עם קימור קל כדי לנקז את מי הגשמים לצידי הדרך. מהנדסים מאוחרים יותר הוסיפו תערובת של אבק-אבן ומים כדי למלא את המרווחים שבין אבני החצץ העליונות. כבישי האגרה המהירים התפשטו מלונדון החוצה ודרכם הדואר המלכותי היה יכול להגיע לשאר המדינה. הובלת סחורות כבדות נעשתה על ידי עגלות איטיות, רחבות גלגלים, המובלות על ידי קבוצת סוסים. סחורות קלות יותר הועברו על ידי עגלות קטנות יותר או על ידי קבוצה של סוסי משא. העשירים נהגו לנסוע בכרכרות, ואילו הפחות מבוססים יכלו לנסוע בעגלת נושאים.
יעילות התעבורה בדרכים עלתה מאוד במהלך המהפכה התעשייתית ועלות הנסיעה ירדה דרמטית. בין השנים 1690 ל-1840 יעילות התובלה למרחקים גדולים עלתה פי שניים-שלושה, ועלתה פי ארבעה בכרכרת נוסעים (דיליז'נס)[24].
מסילות ברזל
ציור המתאר את פתיחת מסילת הברזל ליברפול מנצ'סטר ב-1830, מסילת הברזל הבין-עירונית הראשונה בעולם, שהביאה ל"שגעת הרכבות" בעקבות הצלחתה.
הפחתת החיכוך הייתה אחת הסיבות העיקריות להצלחת המסילות בהשוואה לעגלות. יתרון זה הודגם על ידי מסילה עשויה עץ מצופה בברזל ב-1805 בקרוידון, אנגליה:
סוס טוב על כביש מהיר רגיל יכול לסחוב מאתיים פאונד, או טון אחד. קבוצה של ג'נטלמנים הוזמנה לצפות בניסוי, כדי שעליונותה של הדרך החדשה תבוסס על מראה עיניים. שניים עשר קרונות מולאו באבנים, כך שכל קרון שקל שלושה טונות, והקרונות חוברו ביחד. רתמו סוס לקרונות, והסוס משך את המטען בקלילות, לאורך שישה מיילים בתוך שעתיים, כאשר הוא עוצר בדרכו ארבע פעמים במטרה להראות שהוא יכול להתחיל למשוך את מטענו הכבד מחדש.
בניית מסילות לעגלות להובלת פחם החלה במאה ה-17 באזורי מכרות, והן בדרך כלל קושרו למערכת של תעלות או נהרות להובלת הפחם בהמשך הדרך. עגלות אלו הונעו על ידי סוסים, או שהסתמכו על כוח המשיכה ונגררו בחזרה במעלה הדרך על ידי מנוע קיטור נייח. תחילה היו מסילות אלה עשויות עץ. בשנת 1767 בנה ריצ'רד ריינולדס מסילה מפסי יציקה שהוליכה מקולברוקדייל לנהר סוורן. ב-1789, לפי עצתו של המהנדס ג'ון סמיטון, הורדו האוגנים שנועדו למנוע את החלקת הקרונות מן המסילה והותקנו על גלגלי הקרונות.
מסילות הברזל נהפכו למעשיות בעקבות התפשטות הייצור של ברזל ממורס זול אחרי 1800, הקמת מפעלי ערגול ברזל לייצור פסי מסילות ופיתוח מנוע קיטור בלחץ גבוה בסביבות 1800. בשנת 1801 נסללה "מסילת הברזל של סרי" בין ונדסוורת לקרוידון.
בניית קטרים התחילה בעקבות פיתוח מנועי קיטור בלחץ גבוה אחרי פקיעת הפטנט של בולטון וואט בשנת 1800. מנועים בלחץ גבוה פלטו את הקיטור המשומש לאוויר וייתרו את הצורך במעבה ובמי קירור. המשקל והגודל שלהם היה נמוך משמעותית ממנועי עיבוי נייחים בעלי עוצמה זהה. בכמה מהקטרים המוקדמים האלו נעשה שימוש במכרות. מסילת הברזל הציבורית המונעת בקיטור הראשונה הייתה מסילת סטוקטון ודרלינגטון (שקישרה בין מכרות הפחם שליד שילדון לבין הערים סטוקטון ודרלינגטון, במחוז דרהאם) שנפתחה בשנת 1825.
ההתפשטות המהירה של מסילות הרכבת באה בעקבות "מבחני ריינהיל", תחרות קטרים שנערכה ב-1829 לצורך הקמת מסילת הברזל ליברפול-מנצ'סטר, בה הודגמה פעולתו של הקטר המוצלח שבנה רוברט סטיבנסון, ובעקבות המצאת משב האוויר החם ב-1828, שהקטין בצורה דרמטית את צריכת הדלק בתהליך ייצור הברזל והגדיל את הקיבולת של תנורי רם.
ב-15 בספטמבר 1830 נפתחה מסילת הברזל ליברפול-מנצ'סטר, מסילת הרכבת הבין-עירונית הראשונה בעולם, בנוכחות ראש הממשלה, הדוכס מוולינגטון. המסילה, שתוכננה בידי ג'וזף לוק וג'ורג' סטיבנסון (אביו של רוברט סטיבנסון), קישרה את העיר התעשייתית הגדלה במהירות מנצ'סטר לעיר הנמל ליברפול. החנוכה נפגמה על ידי תקלות שנגרמו בגלל האופי הפרימיטיבי של הטכנולוגיה בה נעשה שימוש, אך למרות זאת התקלות נפתרו בהדרגה והמסילה, שהעבירה נוסעים ומטען, נהפכה להצלחה גדולה. ההצלחה של מסילת הרכבת הבין-עירונית, במיוחד בהובלת מטענים וסחורות, הובילה ל"שגעת הרכבות".
בניית מסילות רכבת מרכזיות המחברות בין הערים הגדולות החלה בשנות ה-30 של המאה ה-19, אך תפסה תאוצה רק ממש בסוף המהפכה התעשייתית הראשונה. הרבה מהעובדים שעבדו בסלילת מסילות הרכבת לא חזרו לאורח החיים הכפרי שלהם בסיום העבודות אלא נשארו בערים, וסיפקו כוח עבודה נוסף למפעלים.
פיתוחים נוספים
פיתוחים נוספים כוללים גלגלי מים יעילים יותר, המבוססים על ניסויים שבוצעו על ידי המהנדס הבריטי ג'ון סמיטון, התחלה של תעשיית מכונות והמצאה של מכבש דפוס מונע בקיטור על ידי פרידריך קניג ב-1810.
הערכת תמ"ג לנפש במערב אירופה בזמן המהפכה התעשייתית, לפי ההיסטוריון פול בריושמספר הספרים שיצאו לאור באירופה במאות נבחרות, ניתן להבחין בגידול מסיבי בעקבות מהפכת הדפוס החל מהמאה ה-15 (1450)
השלכות חברתיות
המהפכה התעשייתית חוללה שינוי ניכר במבנה החברתי טרם המהפכה, בו התחלקה החברה, לפי התפיסה המסורתית, לאצילים, אנשי דת ואיכרים, כשבלטה בה במיוחד עלייתו של מבנה חדש בו החלה לדעוך חשיבותם של אנשי הדת ואחר־כך האצולה לטובת מעמד חדש, הבורגנות, כשנהירה עצומה של אנשים שעסקו קודם לכן בעיבוד האדמה אל המפעלים יוצרת מעמד חדש של פועלי מפעלים ומכרות, הפרולטריון.
התיעוש שהביאה המהפכה התעשייתית חולל מספר שינויים חשובים ורבי השפעה: הירידה הניכרת בתמותת התינוקות כתוצאה מתת-תזונה מאמצע המאה השמונה-עשרה[ד] הובילה לגידול מטאורי באוכלוסייה[ה], ולשינוי בדפוסי חייהם. המעבר מן הכפר אל העיר חולל את השינוי המשמעותי ביותר. עד לפרוץ המהפכה חי רוב גדול של התושבים בכפר, שם שימש בעבודה חקלאית כחוכר אדמות או כאיכר זעיר. רוב האנשים חיו בבית אחד עם בהמות המשק. המעבר לעיר ולעבודה במפעלים סימן עליה משמעותית ברמת החיים ובאיכותם, עם חדירתה של הכנסה כספית וחידושים כמו בגדים, נעליים ושאר אביזרי לבוש זולים יחסית, אותם ניתן היה להחליף כאשר התבלו, מקומות בהם ניתן לבלות אחרי שעות העבודה, שיפור ניכר בתזונה (כמו אכילת בשר, שהייתה אירוע נדיר, חד או דו שנתי עד אז), חדירה של ידיעת קרוא וכתוב, וכיוצא בזה. העבודה בקרב נשים, שהועסקו עד אז בעיקר בעבודה בשדות, החלה יורדת במקביל לעליה ברמת החיים, כשבקרב המעמד הבינוני (הבורגנות) אף הולכת ומתפתחת התפישה לפיה נשים אינן צריכות לעבוד. ילדים, שעד תחילת המהפכה התעשייתית עבדו בשדות או הועברו לשמש כמשרתים או שוליות (תמורת הזנתם) נכנסו בפעם הראשונה לשוק העבודה כמקבלי שכר. תופעה זו צמחה בבריטניה עד שנות הארבעים של המאה התשע-עשרה, ואז החלה דועכת בהדרגה, כשהעלייה בהכנסת העובדים אפשרה להם לשלוח את ילדיהם לבית-הספר במקום לעבודה.
עבור חלק מהאוכלוסייה סימנה המהפכה התעשייתית איום משמעותי. בעלי מלאכה קטנים, שעסקו במלאכות כמו אריגה בנול ידני, עיבוד צמר, תפירה, רצענות, ייצור סיכות, ועוד, מצאו את רגליהם נדחקות לטובת הייצור ההמוני, שהיה זול ונגיש הרבה יותר. במקרים רבים, באופן אירוני, התחולל השינוי בעקבות שכלולים שנוצרו בידי מי שהיו בעלי-מלאכה או בני בעלי-מלאכה בעצמם: רוב השכלולים וההמצאות שנולדו במהלך המהפכה התעשייתית היו פרי רעיונותיהם ויוזמתם של תעשיינים וממציאים שבאו ממעמד זה. שינוי זה סימן את שקיעתם של בעלי המלאכה הקטנים ושל הארטיזנים (האוּמנים) ובמקומות שונים נערכו ניסיונות חבלה, התפרצויות לבתי החרושת והרס המכונות החדשות. מנהיגה הידוע של תנועה זו היה נד לוד, על שמו קרויה תנועה זו הלודיטים.
עבור אחרים, הייתה המהפכה התעשייתית הבטחה משמעותית. עובדים במפעלים הלכו עם השנים והצטרפו אל המעמד הבינוני (הנמוך והבינוני), שעה שהיזמים - הקפיטליסטים או הבורגנים, לפי ההגדרות שטבע קרל מרקס - הפכו למעמד שהתחרה בכוחו ובהשפעתו במעמד האצולה.
מפלגות הפועלים הולכות ומתרחבות
ברבע האחרון של המאה ה-19 ובראשית המאה ה-20 קמו בכל רחבי אירופה מפלגות פועלים בעלות אופי סוציאליסטי. הן ייצגו את הפועלים נגד בעלי ההון (הקפיטליסטים) ונגד הממשלות ששירתו אותם. שמותיהן ואופיין היו שונים מארץ לארץ, אך בבסיס כולן עמדו על אותו עיקרון: השאיפה ליצור חברה חדשה ושוויונית ללא מנצלים ומנוצלים.
היסטוריונים רבים מפרידים את המהפכה התעשייתית מהמשך ההתפתחות הטכנולוגית בתקופה שבין 1840 לתחילת מלחמת העולם הראשונה וקוראים לאותה תקופה "המהפכה התעשייתית השנייה", הידועה גם כמהפכה הטכנולוגית בה התפתחו תעשיות רבות כדוגמת תעשיית החשמל, הרכב הפרטי, כלי התעופה, ייצור הפלדה ושיטת פס הייצור וטכנולוגיות רבות כגון מנוע הבעירה הפנימית, דשנים כימיים, וכלי התעופה הראשונים ששימשו בפועל לצורכי תחבורה.
חוקרים שונים ממשיכים ומגדירים את המהפכה התעשייתית כתקופה מתמשכת שלא הסתיימה, ושבמרכזה ארבעה גלים[25]:
המהפכה התעשייתית הראשונה - שהחלה באמצע המאה ה-18 עד אמצע המאה ה-19, ובמרכזה העיור, המצאת הקיטור, תעשיות הברזל והטקסטיל, מכונות הייצור ועוד.
^סוג מיושן של כבשן ששימש להיתוך ברזל. התוצר של הבלומרי הוא מסה נקבובית של ברזל וסיגים שנקראת בלום (פריחה) וניתן לחשל אותה לברזל חשיל.
^ההתפתחויות העיקריות בתחום הטיפול הרפואי, שהובילו לצניחה משמעותית נוספת בתמותה באו רק בשלב מאוחר יחסית, מהרבע האחרון של המאה התשע-עשרה
^אוכלוסיית בריטניה גדלה מ-5,228,000 נפש בשנת 1651 ל-5,772,000 כעבור מאה שנה, ב-1750, אך גדלה עד כדי 15,288,885 נפש בשנת 1851 ו-30,072,180 נפש בשנת 1901
.jpg)
