動力機械和交通工具的革命
1.蒸汽機的改進和火車的發明

18世紀末，瓦特蒸汽機在工業上得到推廣。但是因為高氣壓而引起爆炸的問題未能得到解決，瓦特本人堅持發展低壓蒸汽機。這種蒸汽機的功率多在80馬力以下，機身又笨重，不適宜做火車。但要提高功率就必須提高蒸汽壓力，這樣對鍋爐、汽缸、活塞的制造技術就提出了更高的要求，在當時這些難題解決起來并不容易，因此初期的高壓蒸汽機常發生爆炸事故，人們仍然認為只有瓦特的低壓蒸汽機才是安全機。

1800年，崔威席克(1771-1883年）研制使用幾個大氣壓蒸汽工作的蒸汽機。4年后，他研制出一種單缸高壓蒸汽機車，車頭僅有4個輪子，動力通過齒輪系統傳遞給車輪。這輛機車拉著5輛4輪貨車，裝載著10噸鐵和70名乘客出現在倫敦街頭，機車時速達每小時8公里，雖然總共只行駛了15公里，卻引起了轟動。由于當時使用鑄鐵制造的鐵軌太脆，試運行幾次之后，便損壞了，人們卻以為這是由于崔威席克的火車輪空轉造成的結果。

1813年，有個叫蘭頓的制造了一輛奇特的蒸汽機車，機車的后面安裝了二條象馬腿一樣的機構，他以為這樣就可以防止車輪打滑。同一時期還有人發明了帶齒的軌道和車輪，車速達到每小時6公里，牽引著6噸的煤行駛。

法國人馬克.塞貴因做出了一項有實用價值的發明，他的多管鍋爐使受熱面大大提高。哈克沃斯發明了從煙道排出廢氣的辦法，廢氣在煙道內產生了一種抽風的效應，幫助鍋爐中煤的燃燒。他們的發明一直使用至今。

從1814年起，煤礦司爐工喬治.斯蒂文森(1781-1848，英國）開始研制真正的蒸汽機車，到1825年，他共研制了19臺火車，順利地解決了當時運送煤炭的問題。同年9月，他研制出功率較大的機車"運行號"，這臺機車可以牽引38節客車，共載著450名乘客在斯托克頓到林頓之間行駛，在當時，這是僅有的一條長21公里的鐵路。后來"運行號"的時速提高到每小時24公里。這一成就使斯蒂文森大受鼓舞，他不顧許多人的激烈反對，決定興建從利物浦到曼徹斯特的鐵路，這條鐵路共有63座橋梁和2公里長的隧道。1829年，這一工程完成，次年順利通車。

1829年，斯蒂文森制成了當時最先進的機車"火箭號"。他采用了多管鍋爐和利用廢氣抽風的技術，為了增加廢氣的抽力，火車的煙囪高達4.5米，蒸汽機的活塞可以直接推動車輪。在雷因普希的比賽中火箭號獲得優勝。同年，"火箭號"在利物浦到曼徹斯特的鐵路上運行，時速達到每小時29公里，它證明用火車牽引是切實可行的。歷史上通常把這一年作為蒸汽機車的誕生日期。蒸汽機車和鐵路運輸對英國的經濟發展做出了巨大貢獻，并為其它各國所仿效。

1860年，英國的倫敦地下鐵路工程開工，3年后完成了長6公里的地段，由于使用蒸汽機車牽引，隧道內常常是煙塵滾滾，但是它為人們帶來便利，仍受著市民的歡迎。1872年，紐約建成了第一條高架鐵路。

2.內燃機與汽車的發明

蒸汽機在19世紀暴露出固有的缺點：其一是效率低，當時僅達到5-8％；其二是體積過于笨重，巨大的蒸汽鍋爐占據了大量空間，因而限制了它應用的范圍；其三是燒煤帶來了污染，當時的工礦區無不濃煙滾滾，煙囪林立；其四是運行事故多，不安全，例如在1862到1879的17年里，蒸汽機的爆炸事故多達1萬起，造成成千上萬工人死亡。

18世紀末，法國工程師藍蓬和英國的斯垂特開創了內燃機的研究，前者以煤氣做燃料，后者則使用松節油，但都沒成功。

1820年，英國人塞歇爾發明了一種煤氣機，在實驗室內僅運行了60分鐘。

1833年，英國萊特提出了使用煤氣——空氣的混合物做燃料，將這種燃料在氣缸中點燃，推動活塞作功。5年后，他的同胞巴內爾特為這種發動機發明了點火裝置，并讓煤氣先經過壓縮再點燃爆發，因而發明了煤氣壓縮式內燃機。

1854年，意大利的巴爾桑蒂和馬泰烏奇制成"自由活塞式"內燃機，其傳動系統采用齒輪——齒條機構，但運行并不理想。經過半個世紀的努力；內燃機的部件得到不斷改進，有的發明如1855年提出的可自動膨脹的活塞環，大大改善了氣缸的密封性能，并沿用至今。

1860年，技術工人雷諾(1822-1900年，法國）汲取了以往內燃機的成果，終于制成了第一臺實用的內燃機。他的發明與一臺單缸臥式蒸汽機幾乎一樣，僅僅以煤氣代替蒸汽，用電火花將煤氣點燃。這臺發動機的功率只有1-2馬力，效率也只達到4％，但畢竟可以實用了。雷諾的發明本質上是一臺二沖程、無壓縮、電點火的煤氣機。優點是運轉平穩、造價便宜、結實耐用，吸引了不少客戶，也吸引了許多優秀工程師和教授來訪問他，人們開始認真考慮用內燃機取代蒸汽機的可能性。

1862年，法國工程師羅沙對內燃機作了較深入的理論研究，他認為必須盡可能提高燃氣的初始壓力，并使氣體盡快膨脹至極限，才有可能提高內燃機的效率。在這一理論基礎上他首先提出了四沖程循環原理，成為后來各種內燃機的理論基礎。

還在1860年，一位德國商人奧古斯特.奧托(1832-1891年，德國）在獲知雷諾的發明后也開始研制內燃機。他一開始就遇到如何控制煤氣爆發的沖擊力問題，后來他采用了真空原理來解決這一難題。1876年，他研制成功第一臺單缸、4沖程煤氣機，功率不足4馬力，整臺機件小巧緊湊，工作平穩，熱效率提高到12-14％。

奧托的四沖程內燃機具有很靈活的特性，它不僅外形可隨意改變，而且多缸可共用同一根軸作功，在燃料方面也不僅局限于煤氣。因此，許多國家都開始生產這種發動機，到19世紀末，全世界已擁有20萬臺這種發動機。到90年代，輸出功率已發展到200馬力，熱效率超過了20％。

煤氣作為內燃機的燃料，存在難貯運、難于控制的弱點，所以很早人們就開始尋找液體燃料以替代煤氣。19世紀60年代，開始工業開采石油，最初人們只會利用從石油中提煉出的煤油點燈，而把象汽油這類輕質油處理掉。

1873年，奧地利人霍克首先發明了一種霧化器，能將煤油與壓縮空氣通過噴嘴實現霧化混合，然后送入汽缸。同年，美國的布雷頓，發明了一種雙缸雙動煤油機。

1875年，奧托-蘭根發動機公司的技師邁巴赫在一臺奧托發動機上用汽油作燃料試驗。到80年代中期，他和戴姆勒發明了第一臺汽油發動機，這臺發動機附有一個戴姆勒發明的表面汽化器，他們沒有采用火花塞裝置，而是設計了一種白金管的明火點火裝置?？窟@一裝置，發動機的轉速達到每分鐘600-900轉。

1885年，德國杰出的工程師本茨(1844-1929年，德國）研制成一臺臥式4沖程汽油機。他也采用了表面汽化器，并利用廢氣的熱量使汽油汽化。

本茨采用了較先進的電火花塞技術，他讓感應線圈和蓄電池組成高壓系統，實現了發動機汽缸內的高電壓火花放電，這種技術既安全又不易調整。

在火車出現后，人們開始努力研制出一種真正取代馬車的輕便機動車。最早的汽車是使用蒸汽機的車輛，1829年，英國的詹姆斯用蒸汽機制做了一輛不需要鐵軌的車輛，這種車一路上發出隆隆的聲響，用濃煙污染著環境，而且在后來的使用中事故不斷發生。即使是這樣，倫敦還在1883年開辦了公共交通公司，擁有10輛蒸汽汽車為市民服務。

內燃機出現后，人們自然想到利用這種輕便的發動機來驅動車輛。1826英國人塞繆爾.布朗曾建造過一臺4馬力的煤氣機，用它驅動過一輛車。1845年，英國人湯姆遜發明了充汽輪胎，安裝在蒸汽汽車上，使噪聲大大降低，也改善了汽車的行駛狀態。60年代中期，奧地利的馬庫斯第一次把一臺汽油機安裝在一輛手推車上，有人認為這是第一臺真正的汽車。

1885年，本茨研制出一種三輪汽車。這種車使用單缸汽油機驅動，通過一根皮帶帶動車輪轉動，調節皮帶的松緊可以起到離合器和變速器的作用。

汽車的轉向是通過齒輪、齒條機構控制前輪的方向來實現的。這種三輪汽車經過不斷改進于1888年開始進入市場，很快便受到使用者的歡迎，90年代開始成批生產。