高中工程学/二十世纪早期
在二十世纪早期,工程成就开始越来越多的影响中产阶级美国人的生活。汽车为数百万人提供了更高的流动性。商业无线电广播的发展开始了大众文化和美国大众身份的形成。
亨利·福特(1863-1947)16岁离开家,在密歇根州底特律做学徒机械师。后来被西屋公司雇用修理蒸汽机,并于1893年成为爱迪生照明公司的首席工程师。这个职位为他提供了时间和金钱来开始实验由汽油内燃机驱动的车辆。在1903年之前,他创建了几家公司来生产和销售汽油动力汽车,但它们在经济上并不成功。
1903年,亨利·福特创建了福特汽车公司。他的目标是生产一辆价格实惠、可靠的汽车,可以被普通美国农民或工人购买。经过几年的实验和设计,福特公司于1908年推出了T型车;图23显示了一辆T型车。在许多方面,T型车与今天的汽车非常相似:它在左侧有一个方向盘,它的发动机被封闭在一个引擎盖中,它有一个挡风玻璃和后轮驱动。请注意,亨利·福特并没有亲自开发T型车的详细设计。这是由一个拥有项目所需各种技能和专业知识的工程师团队完成的。
使T型车成为可能的的技术进步之一是使用了一种钒钢合金,其强度远高于普通钢。然而,从工程学的角度来看,与T型车相关的最重大创新是生产系统,它使T型车能够以非常经济的方式生产和销售。在1909年到1913年之间,福特公司采用了所有必要技术,使用流水线进行规模化生产。这些技术包括
- 使用标准化部件。
- 专业化劳动力 - 每位工人都在T型车的组装过程中执行一项非常具体的作业。
- 移动装配线 - 部分组装的车辆被自动地沿线移动,经过工人添加部件的工作站。
图24显示了使用装配线将车身连接到汽车框架的过程。这些装配线技术极大地降低了T型车的组装成本,汽车的售价也一再降低。1909年,它第一年的全年产量为18,000辆;到1915年,销量达到50万辆,到1920年,年产量超过100万辆。
为了留住工人在艰难的装配线环境中工作,福特每天支付他的工人5美元,这对那个时代来说是一笔非常高的工资。这加上T型车的低价格,意味着福特工人实际上可以买得起他们工作的汽车。这样的购买力和负担能力是前所未有的。到20世纪20年代末,五个人中就有一人拥有汽车,这极大地影响了美国社会的结构。
无线电的出现,它同时向数百万听众提供现场广播,是形成美国民族身份的重要因素。
在19世纪的最后几十年,詹姆斯·克拉克·麦克斯韦(1831-1879)和海因里希·赫兹(1857-1894)等物理学家对电磁波的传播进行了理论上的理解。他们还实验了产生电磁波的方法。这项工作主要是出于科学目的;他们没有预料到这项工作的实际应用。
从1894年开始,意大利发明家古列尔莫·马可尼(1874-1937)开始实验无线电发射机和接收机,其目标是创建一个“无线电报”系统——一个像电报一样能够传输信息的系统,但不需要电线连接发射机和接收机。与他之前许多工程师一样,他改进了现有的技术并将它们组合在一起,形成了一个可以用于在陆地和船舶之间进行通信的系统。该系统允许传输摩尔斯电码,类似于有线电报。到1903年,他已经成功地展示了信号跨越了大西洋。根据他的技术,他于1900年创立了马可尼无线电报公司。他关于无线电技术的许多专利受到尼古拉·特斯拉(1856-1943)和美国及其他国家其他人的挑战;这些案件的判决因案件和司法管辖区而异。
马可尼的系统只允许传输摩尔斯电码。在本世纪之交,一些研究人员认为通过无线电传输声音和其他声音是可能的。为此,开发了几项技术,为这个概念提供了早期的演示,但最终没有获得商业上的成功。大量的时间和金钱被花费在使它们变得实用上,包括通用电气做出的重大努力,但这些努力都失败了。
最终在无线电上成功传输和接收声音的技术是真空管。这项技术最终使包括雷达、计算机和电视在内的许多电子设备得以发展。三极管真空管于1906年由李·德福雷斯特(1873-1961)获得专利。在整个20世纪10年代,包括通用电气和AT&T贝尔系统在内的几家公司研究实验室致力于改进三极管,它很快成为无线电发射机和接收机的基础。图25显示了一款使用真空管实现的早期无线电接收机。
1910年,德福雷斯特使用用三极管制造的发射机和接收机来广播两部歌剧的演出;这被认为是第一次公共广播。该节目被纽约港的无线电接收机和纽约周围酒店的几艘船接收;音质非常差。
1919年,美国无线电公司(RCA)成立。RCA最初的目的是开发用于点对点通信的无线电,但大卫·萨诺夫(1891-1971)在RCA内部非常有影响力,最终成为其总裁,他和其他人都很快意识到无线电作为广播媒介在无线电接收机销售方面具有重大的经济潜力。但是,需要广播节目才能销售无线电接收机。西屋公司于1920年开通了KDKA电台。到1922年,有超过600家电台在广播。与此同时,通用电气和西屋公司开始生产家用无线电接收机。
1926年,RCA创建了第一个共享节目的无线电台网络,创建了全国广播公司(NBC)。NBC之后是哥伦比亚广播公司(CBS)和美国广播公司(ABC)。十年内,这些网络开发了广告支持的节目格式,这种格式至今仍在广播和电视中使用。广播的“黄金时代”包括各种类型的节目,从音乐到情景喜剧到冒险,都由汽车、家用电器、香烟和其他消费品的广告支持。到20世纪30年代末,五分之四的美国家庭拥有无线电。
与之前许多工程发展不同,无线电的发展反映了从单一发明家到工程师在现有公司工作的持续转变。在无线电领域,许多最初的技术发展是由单个发明家或小型公司完成的。但是,一旦这些概念确立,大型公司就开始参与并主导了市场和技术的增长。
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