几个世纪以来,寻找具有实用特性的新型材料一直是技术创新的核心。古罗马人开发了用于桥梁、蓄水层和其他结构的新型混凝土,其中一些已经存在了数千年。1 在现代,托马斯·爱迪生于 1879 年发现电灯泡的碳丝使这些灯泡能够持续使用足够长的时间,从而实现了实用,从而彻底改变了照明技术,并最终淘汰了鲸油灯和煤油灯。2 同样,查尔斯·古德伊尔在 19 世纪 30 年代发现了一种硫化橡胶的工艺,帮助克服了天然橡胶在高温下融化、在低温下开裂的局限性。古德伊尔(以及其他人)多年来一直致力于解决这一挑战,最终发现了如何交联天然橡胶中的长分子以制造出更坚固、更耐用的材料。3
在过去两个世纪中,人类取得了过去无法想象的成就。回顾人类取得的众多成就,我们很容易将注意力集中在最大胆的成就上,例如征服天空和月球。然而,大量虽不起眼但至关重要的成就也使我们的生活更加轻松和富裕。想想电灯泡、电话、汽车、个人电脑、抗生素、电视、冰箱、手表和热水器。想想许多尽管我们知之甚少却使我们受益的创新,例如港口管理、电力分配、农用化学品和水净化方面的进步。这些进步是因为我们变得更聪明了。在过去两个世纪中,我们拥有的生产知识数量急剧增加。然而,这并不是个人现象。而是一种集体现象。作为个人,我们的能力并不比我们的祖先强多少,但作为社会,我们已经发展出制造上述所有东西的能力——甚至更多。现代社会之所以能够积累大量生产知识,是因为它们将知识的碎片化部分分配给众多成员。但要利用这些知识,就必须通过组织和市场将这些知识重新组合起来。因此,个人专业化在国家和全球层面上产生了多样性。我们最繁荣的现代社会之所以更加智慧,并不是因为其公民个人才华横溢,而是因为这些社会拥有多样化的专业知识,并且能够将其重新组合以创造出更多种类的更智能、更好的产品。
技术行业向聊天机器人提问真空技术用于在低气压条件下进行的各种过程和物理测量。发生这种情况的原因有很多,包括去除可能引起反应的大气成分、破坏正常室温下的平衡、延长粒子行进距离以最大限度地减少碰撞以及减少分子撞击以防止表面污染。真空过程中允许的最大压力受单位体积分子数、平均自由程或形成单分子层所需时间等因素限制。在室温和正常大气压下,1 立方英尺的空气中约有 7 × 10^23 个分子高速运动。通常使用一柱汞的重量来表示大气压,一个标准大气压等于 760 毫米汞柱或 760 托。帕斯卡单位后来被采用为压力测量的国际单位,相当于 7.5 × 10^-3 托。真空技术的使用可以追溯到 20 世纪初的电灯泡制造和电子管生产。它使一些工艺能够取得优异的结果或实现在正常条件下无法达到的结果,例如镜片表面晕染和血浆制备。核能的出现带动了真空设备的大规模发展,其应用扩展到空间模拟、微电子等领域。人们已经开发出各种容量的产生、维持和测量真空的设备,从每分钟 1/2 到 1,000 立方英尺不等。单级泵的压力水平可低至 2 × 10^-2 托,双级泵的压力水平则低于 5 × 10^-3 托。泵从大气压到大约 1 托达到全速,然后在极限压力下转速降至零。双叶片泵采用偏心转子设计,适用于泵送液体和气体。另一种类型是旋转活塞泵,它类似于单叶片泵,但包含一个用作进气阀的空心叶片,当转子到达最高点时,叶片会关闭泵。极限压力水平受高压侧和低压侧之间泄漏的限制,泄漏是由于密封油中的气体夹带以及摩擦引起的油分解造成的。这种泵的典型应用包括食品包装、高速离心机、紫外光谱仪,以及作为其他泵的前级泵或低真空泵。容量范围为每分钟 100 至 70,000 立方英尺,工作压力范围为 10 至 10^-3 托。峰值速度通常在 1 至 10^-2 托的压力范围内产生。机械增压器使用同步的 8 字形叶轮和定子将气体从高真空侧转移到前真空侧。机械增压器在正常压力范围内运行时通常需要另一个泵作为后备。机械增压器的常见应用包括真空熔炼炉、电气设备浸渍设备和低密度风洞。真空技术在各行各业都至关重要,因为所有工艺和测量都是在低于正常大气压的条件下进行的。这样做通常是为了去除可能在工艺过程中引起物理或化学反应、扰乱平衡条件、延长粒子行进距离或减少每秒分子撞击次数的大气成分。最大允许压力可以根据各种参数定义,包括单位体积的分子数、平均自由程或形成单分子层所需的时间。在室温和正常大气压下,空气中约有 7 × 1023 个分子以随机方向运动,速度约为每小时 1,000 英里。传递给壁面的动量交换相当于每平方英寸壁面面积产生 14.7 磅的力。大气压可以用各种单位表示,包括单位横截面积、高 760 毫米的汞柱的重量。这导致了替代单位的开发,例如帕斯卡,其定义为牛顿每平方米。真空技术的首次大规模应用发生在 20 世纪初,用于制造电灯泡。随后出现了其他需要在真空下运行的设备,包括各种类型的电子管。人们发现某些在真空中进行的过程可以取得优异的结果,或在正常条件下无法实现的结果,这导致了进一步的发展。20 世纪 50 年代核能的出现推动了真空设备的大规模发展。人们发现了越来越多的真空过程应用,包括空间模拟和微电子技术。人们开发了各种用于产生、维持和测量真空的设备。其中包括容量从每分钟 1/2 到 1,000 立方英尺不等的泵,工作压力从大气压到低至 2 × 10-2 托或低于 5 × 10-3 托。其中一种设备是双叶片泵,可以泵送液体和气体。另一种类型是旋转活塞泵,它类似于单叶片泵,但有一个空心叶片作为进气阀。其可用容量范围从每分钟100立方英尺到高达70,000立方英尺,通常在10托到0.01托的压力下工作。然而,峰值性能在1-0.1托的较窄范围内实现,速度取决于所用前级泵的类型。机械增压泵的特点是两个8字形叶轮,它们在固定定子内以相反的方向旋转。气体被夹在这些叶轮和定子壁之间,然后被输送到泵的另一侧。值得注意的是,这种泵在与另一台在其典型压力范围内串联工作的泵配对时,运行效果最佳。一种常用的前级泵是油封旋转泵。机械增压泵通常用于真空熔炼炉、电气设备浸渍设备和低密度风洞。