第二次産業革命

高炉からの高温の排ガスを利用して高炉に吹き込む燃焼用空気を予熱する熱風技術は、 1828年にスコットランドのウィルソンタウン製鉄所でジェームズ・ボーモント・ニールソンによって発明され、特許を取得しました。熱風は、銑鉄製造の燃料消費量を大幅に削減したため、高炉の燃料効率における最も重要な進歩であり、産業革命中に開発された最も重要な技術の1つでした。^{[ 9 ]}錬鉄の製造コストの低下は、1830年代の鉄道の出現と一致していました。

初期の熱風技術では、再生加熱媒体として鉄が使用されていました。鉄は膨張と収縮の問題を引き起こし、それが鉄にストレスを与え、破損の原因となっていました。エドワード・アルフレッド・カウパーは1857年にカウパーストーブを開発しました。^{[ 10 ]}このストーブは蓄熱媒体として耐火レンガを使用することで、膨張とひび割れの問題を解決しました。カウパーストーブは高熱を発生させることができ、その結果、高炉の非常に高い処理能力を実現しました。カウパーストーブは、今日の高炉でもまだ使用されています。

熱風を用いたコークスによる銑鉄の生産コストが大幅に削減されたことで、需要が劇的に増加し、高炉の規模も拡大した。^{[ 11 ] [ 12 ]}

ヘンリー・ベッセマー卿によって発明されたベッセマー法は、鋼鉄の大量生産を可能にし、この重要な材料の生産規模と速度を向上させ、労働力の必要量を削減した。その主要な原理は、溶融鉄に空気を吹き込むことで酸化させ、銑鉄から余分な炭素やその他の不純物を除去することであった。酸化によって鉄塊の温度が上昇し、溶融状態が維持される。

「酸性」ベッセマー法には、リン含有量の少ない比較的希少な赤鉄鉱^{[ 13 ]}を必要とするという重大な制約があった。シドニー・ギルクリスト・トーマスは、鉄からリンを除去するより高度なプロセスを開発した。ウェールズのブレナヴォン製鉄所の化学者である従兄弟のパーシー・ギルクリストと共同で、1878年にそのプロセスの特許を取得した^{[ 14 ]} 。ヨークシャーのボルコウ・ヴォーン社が、彼の特許プロセスを最初に採用した会社だった^{[ 15 ]} 。彼のプロセスは、リン鉄の割合がイギリスよりもはるかに高いヨーロッパ大陸で特に価値があり、ベルギーとドイツでは、発明者の名前が彼の母国よりも広く知られるようになった。アメリカでは、非リン鉄が大部分を占めていたが、この発明には大きな関心が寄せられた^{[ 15 ] 。}

製鋼における次の大きな進歩は、シーメンス・マーティン法であった。チャールズ・ウィリアム・シーメンス卿は1850年代に再生炉を開発し、1857年には燃料の70～80％を節約できるほどの熱を回収できると主張した。この炉は、燃焼用の燃料と空気を再生予熱することで高温で稼働した。この方法により、平炉でも鋼を溶かすのに十分な高温に達することができたが、シーメンスは当初、そのようには使用しなかった。

フランス人技師ピエール＝エミール・マルタンは、 1865年にシーメンス炉のライセンスを初めて取得し、製鋼に適用した人物である。シーメンス＝マルタン法は、ベッセマー法に取って代わるものではなく、むしろそれを補完するものであった。その主な利点は、鋼を過剰な窒素にさらさないこと（過剰な窒素は鋼を脆くする原因となる）、制御が容易であること、そして大量の鉄くずを溶解・精錬できるため、製鋼コストを削減し、本来なら厄介な廃棄物をリサイクルできることであった。20世紀初頭には、この製鋼法が主流となった。

安価な鋼材が入手可能になったことで、より大きな橋、鉄道、超高層ビル、船舶を建造することが可能になった。^{[ 16 ]}平炉法を用いて製造されたその他の重要な鋼材製品には、鋼線、鋼棒、鋼板があり、これらは大型の高圧ボイラーや、機械用の高張力鋼を可能にし、以前よりもはるかに強力なエンジン、ギア、車軸を実現した。大量の鋼材によって、はるかに強力な大砲や馬車、戦車、装甲戦闘車両、海軍艦艇を建造することが可能になった。

1860年代以降の鉄鋼生産量の増加により、鉄道を競争力のあるコストで鋼鉄で製造することが可能になった。鋼鉄は鉄よりもはるかに耐久性のある素材であるため、鉄道レールの標準として鉄に取って代わり、その強度の高さから、より長いレールを圧延できるようになった。錬鉄は柔らかく、不純物（ドロス）による欠陥があった。また、鉄製のレールは重い機関車を支えることができず、ハンマーの打撃によって損傷を受けた。錬鉄ではなく鋼鉄で耐久性のあるレールを最初に製造したのは、 1857年にグロスターシャー州ダークヒル製鉄所のロバート・フォレスター・マシェットであった。

ムシェットの鋼鉄製レールの最初のものは、ダービー・ミッドランド鉄道駅に送られた。レールは駅のアプローチの一部に敷設されたが、そこでは鉄製のレールは少なくとも6か月ごと、時には3か月ごとに交換する必要があった。6年後の1863年には、毎日約700本の列車が通過していたにもかかわらず、レールは以前と変わらず完璧な状態だった。^{[ 17 ]}これが19世紀後半の世界各地での鉄道建設の加速の基礎となった。

米国で最初に市販された鋼鉄製のレールは、1867年にペンシルベニア州ジョンズタウンのカンブリア鉄工所で製造された。^{[ 18 ]}

鋼鉄製のレールは鉄製のレールよりも10倍以上長持ちし、^{[ 19 ]}鋼鉄の価格が下がると、より重いレールが使用されるようになりました。これにより、より強力な機関車が使用できるようになり、より長い列車やより長い貨車を牽引できるようになり、鉄道の生産性が大幅に向上しました。^{[ 20 ]}鉄道は工業化された世界全体で主要な輸送インフラとなり、^{[ 21 ]}世紀の残りの期間に見られる輸送コストの着実な低下をもたらしました。^{[ 19 ]}

電気エネルギーの利用に関する理論的および実践的な基礎は、科学者であり実験家でもあるマイケル・ファラデーによって築かれた。ファラデーは、直流電流が流れる導体の周囲の磁場に関する研究を通じて、物理学における電磁場の概念の基礎を確立した。^{[ 22 ] [ 23 ]}彼の発明した電磁回転装置は、技術における電気の実用化の基礎となった。

1881年、実用的な白熱電球を初めて発明したジョセフ・スワン卿は、ロンドンのウェストミンスターにあるサヴォイ劇場に約1,200個のスワン白熱電球を供給しました。この劇場は、世界で初めて完全に電気で照明された劇場であり、最初の公共建築物でした。^{[ 24 ] [ 25 ]}スワンの電球は、すでに1879年にニューカッスル・アポン・タインのモズリー通りの照明に使用されており、世界初の電気街路灯設備でした。^{[ 26 ] [ 27 ]}これにより、産業と家庭の電化の舞台が整いました。最初の大規模な中央配電供給プラントは、1882年にロンドンのホルボーン高架橋に開設され^{[ 28 ]}、その後ニューヨーク市のパールストリート駅にも開設されました。 ^{[ 29 ]}

世界初の近代的な発電所は、イギリスの電気技師セバスチャン・デ・フェランティによってデプトフォードに建設されました。前例のない規模で建設され、高電圧（10,000V）交流電流の使用を先駆的に行ったこの発電所は、800キロワットを発電し、ロンドン中心部に電力を供給しました。1891年の完成時には、高電圧交流電力を供給し、各通りの消費者が使用するために変圧器で「降圧」されました。電化により、第二次産業革命における製造方法の最後の大きな発展、すなわち組立ラインと大量生産が可能になりました。^{[ 30 ]}

電化は、米国工学アカデミーによって「20 世紀で最も重要な工学的成果」と呼ばれた。^{[ 31 ]}工場の電灯は、ガス灯による熱と汚染をなくし、火災の危険性を減らすことで作業環境を大幅に改善し、照明用の電気のコストは火災保険料の削減によって相殺されることが多かった。フランク J. スプラーグは1886 年に最初の成功した直流モーターを開発した。1889 年までに、110 の路面電車が彼の装置を使用するか計画中であった。路面電車は 1920 年までに主要なインフラとなった。交流モーター (誘導モーター) は 1890 年代に開発され、すぐに産業の電化に使用され始めた。^{[ 32 ]}家庭の電化は 1920 年代まで一般的ではなく、それも都市部に限られていた。蛍光灯は1939 年の万国博覧会で商業的に導入された。

電化によって、アルミニウム、塩素、水酸化ナトリウム、マグネシウムなどの電気化学製品の安価な生産も可能になった。 ^{[ 33 ]}

工作機械の使用は、第一次産業革命の開始とともに始まりました。機械化の進展に伴い、鋳鉄や錬鉄で作られた金属部品の需要が増加し、手作業では精度が低く、時間とコストがかかる作業でした。最初の工作機械の一つは、1774年にジェームズ・ワットの最初の蒸気機関に精密な穴を開けたジョン・ウィルキンソンのボーリングマシンでした。工作機械の精度向上はヘンリー・モーズレーに遡り、ジョセフ・ウィットワースによってさらに洗練されました。ねじ山の標準化は、1800年頃のヘンリー・モーズレーによって始まり、近代的なねじ切り旋盤によって、互換性のあるVねじが実用的な商品となりました。

1841年、ジョセフ・ウィットワースは、多くの英国鉄道会社に採用されたことで、世界初の国家工作機械規格である英国規格ウィットワースと呼ばれるデザインを作成しました。^{[ 34 ]} 1840年代から1860年代にかけて、この規格は米国やカナダでも、無数の社内規格や企業間規格に加えて頻繁に使用されました。

大量生産における工作機械の重要性は、フォード モデル Tの生産に32,000 台の工作機械が使用され、そのほとんどが電気で動いていたという事実からも明らかである。 ^{[ 35 ]}ヘンリー フォードは、工作機械やその他の設備を作業の流れに沿って配置できるようになったため、電気がなければ大量生産は不可能だっただろうと述べている。^{[ 36 ]}

最初の製紙機械は、ロンドンの文具商シーリーとヘンリー・フォードリニエによって作られたフォードリニエ機でした。1800年、ロンドンで働いていたマティアス・クープスは、木材を使って紙を作るというアイデアを研究し、1年後に印刷事業を始めました。しかし、当時の法外なコストのために、彼の事業は成功しませんでした。^{[ 37 ] [ 38 ] [ 39 ]}

1840年代、ノバスコシアのチャールズ・フェナーティとザクセンのフリードリヒ・ゴットロープ・ケラーは、木材から（ぼろ布のように）繊維を抽出し、紙を作る機械を発明し、成功を収めた。これにより製紙の新時代が始まった^{[ 40 ]。}そして、同時期に発明された万年筆や大量生産された鉛筆、蒸気駆動の回転式印刷機の登場と相まって、木材を原料とする紙は、19世紀の工業化された国の経済と社会に大きな変革をもたらした。安価な紙の導入により、教科書、小説、ノンフィクション、新聞が1900年までに徐々に入手可能になった。安価な木材を原料とする紙は、個人的な日記をつけたり手紙を書いたりすることも可能にしたため、1850年までに事務員や書き手は高位の職業ではなくなった。1880年代には製紙に化学プロセスが用いられるようになり、1900年までに主流となった。

石油産業は、生産と精製の両方において、1848年にスコットランドで最初の製油所が設立されたことから始まった。化学者のジェームズ・ヤングは、1848年に原油を精製する小さな事業を始めた。ヤングは、ゆっくりと蒸留することで、そこから多くの有用な液体を得られることを発見し、そのうちの1つを「パラフィン油」と名付けた。これは、低温でパラフィンワックスに似た物質に凝固するためである。^{[ 41 ]} 1850年、ヤングはバースゲートに世界初の本格的な商業用製油所と石油精製所を建設し、地元で採掘されたトルバナイト、頁岩、瀝青炭から抽出した油を使用してナフサと潤滑油を製造した。燃料用パラフィンと固体パラフィンは1856年まで販売されなかった。

ケーブルツール掘削は古代中国で開発され、塩水井戸の掘削に使用されました。塩ドームには天然ガスも含まれており、一部の井戸では天然ガスが生産され、塩水の蒸発に使用されました。中国の井戸掘削技術は1828年にヨーロッパに導入されました。^{[ 42 ]}

19世紀半ばには石油を掘削する試みが数多くあったが、ペンシルベニア州タイタスビル近郊のエドウィン・ドレークの1859年の油井が最初の「近代的な油井」とみなされている。^{[ 43 ]}ドレークの油井は、米国における石油生産の大ブームを引き起こした。^{[ 44 ]}ドレークは、米国にいた中国人労働者からケーブルツール掘削について学んだ。^{[ 45 ]}最初の主要製品は、ランプやヒーター用の灯油だった。^{[ 33 ] [ 46 ]}バクー周辺での同様の開発は、ヨーロッパ市場に供給した。

灯油照明は、植物油、獣脂、鯨油よりもはるかに効率的で安価でした。一部の都市では都市ガス照明が利用可能でしたが、ガスマントルが発明されるまでは灯油の方が明るい光を発していました。どちらも1890年代以降は街路灯として、1920年代には家庭用照明として電気に取って代わられました。ガソリンは、1914年以降に自動車が大量生産されるまで石油精製の不要な副産物であり、第一次世界大戦中にガソリン不足が発生しました。熱分解のバートン法の発明によりガソリンの収量が2倍になり、不足の緩和に役立ちました。^{[ 46 ]}

合成染料は、1856年にイギリスの化学者ウィリアム・ヘンリー・パーキンによって発見されました。当時、化学はまだかなり原始的な状態にあり、化合物中の元素の配置を決定することは依然として困難な課題であり、化学工業はまだ黎明期にありました。パーキンの偶然の発見は、アニリンを部分的に粗混合物に変換でき、それをアルコールで抽出すると、濃い紫色の物質が得られるというものでした。彼は新しい「モーブ」の生産を拡大し、世界初の合成染料として商品化しました。^{[ 47 ]}

モーヴンの発見後、多くの新しいアニリン染料が登場し（中にはパーキン自身が発見したものもあった）、ヨーロッパ各地にそれらを製造する工場が建設された。世紀末になると、パーキンをはじめとするイギリス企業は、研究開発の努力がドイツの化学産業に次第に影を潜めていくのを目の当たりにした。ドイツの化学産業は1914年までに世界を支配するに至った。

この時代は、様々な技術革新が融合し、近代的な船舶が誕生した時代であった。

スクリュープロペラは、1835 年にフランシス・ペティット・スミスによって導入されました。彼は偶然にプロペラの新しい製造方法を発見しました。それまで、プロペラは文字通りかなりの長さのネジでした。しかし、スクリューで推進するボートのテスト中に、ネジが折れて、現代のボートのプロペラによく似た破片が残りました。壊れたプロペラでボートはより速く動きました。^{[ 48 ]}スクリューがパドルよりも優れていることは海軍に受け入れられました。スミスのSSアルキメデス号（最初の蒸気駆動スクリュー）での試験は、1845 年にスクリュー駆動のHMSラトラー号 と外輪蒸気船HMSアレクト号 の間で行われた有名な綱引き競争につながり、前者が後者を 2.5 ノット (4.6 km/h) で後退させました 。

最初の外洋航行可能な鉄製蒸気船は、ホースリー・アイアンワークス社によって建造され、「アーロン・マンビー」と名付けられた。この船は、革新的な揺動式エンジンを動力源として採用していた。船体はティプトンで仮止めボルトを用いて建造され、ロンドンへの輸送のために分解された後、1822年にテムズ川で再び組み立てられた。この時は、恒久的なリベットが使用された。

その後、表面凝縮器の発明など、他の技術開発も進み、ボイラー^を海水ではなく精製水で稼働させることが可能になり、長距離航海中にボイラーを洗浄するために停止する必要がなくなった。エンジニアのイザムバード・キングダム・ブルネルによって建造されたグレート・ウェスタン号[ ^{49 ] [ 50 ] [ 51 ]}は、全長236フィート（72メートル）、竜骨長250フィート（76メートル）で世界最長の船であり、大西洋横断蒸気船サービスが実現可能であることを初めて証明した船だった。この船は主に木材で建造されたが、ブルネルは竜骨の強度を維持するためにボルトと鉄製の斜め補強材を追加した。蒸気動力の外輪に加えて、この船は帆用の4本のマストを備えていた。   

ブルネルはこれに続いて、1843年に進水したグレートブリテン号を建造した。グレートブリテン号は、木材ではなく金属で建造され、風やオールではなくエンジンで推進され、外輪ではなくプロペラで推進される最初の近代的な船と考えられている。 ^{[ 52 ]}ブルネルのビジョンと工学的革新により、大型のプロペラ駆動の全金属製蒸気船の建造が現実的なものとなったが、当時の経済および産業状況により、大洋横断蒸気船旅行が実行可能な産業として出現するまでには数十年を要した。

高効率の多段膨張式蒸気機関が船舶で使用され始め、貨物よりも少ない石炭を運ぶことができるようになった。^{[ 53 ]}揺動機関は、 1820年代にアーロン・マンビーとジョセフ・モーズレーによって、エンジンのサイズと重量をさらに削減するために設計された直接作動式エンジンの一種として初めて製造された。揺動機関では、ピストンロッドがクランクシャフトに直接接続されており、連結ロッドは不要だった。この目的を達成するために、エンジンのシリンダーはほとんどのエンジンのように固定されておらず、中央でトラニオンによって固定されており、クランクシャフトが回転するとシリンダー自体が前後に回転できるようになっていた。これが揺動という用語の由来である。

振動エンジンを完成させたのは、英国海軍の技師ジョン・ペンでした。彼の初期のエンジンの1つは、グラスホッパービームエンジンでした。1844年、彼は海軍ヨットHMSブラックイーグルのエンジンを、重量や占有スペースを増やすことなく、出力が2倍の振動エンジンに交換しました。これは、ボルトン＆ワットとモーズレー、ソン＆フィールドの海軍供給における支配を打ち破る偉業でした。ペンはまた、軍艦のスクリュープロペラを駆動するためのトランクエンジンも導入しました。HMSエンカウンター（1846年）とHMSアロガント（1848年）は、このようなエンジンを搭載した最初の船であり、その効率性から、1878年にペンが亡くなるまでに、このエンジンは230隻の船に搭載され、最初の大量生産された高圧・高回転の船舶用エンジンとなりました。^{[ 54 ]}   

海軍設計における革命は、1860年代の装甲艦設計から発展した、1870年代の最初の近代戦艦の誕生につながった。デバステーション級砲塔艦は、帆を持たない最初の外洋航行主力艦であり、また、主砲すべてが船体内部ではなく船体上部に搭載された最初の艦として、イギリス海軍向けに建造された。

1840年代にアメリカ人のチャールズ・グッドイヤーとイギリス人のトーマス・ハンコックによってゴムの加硫が行われたことで、ゴム産業、特にゴムタイヤの製造が発展する道が開かれた。^{[ 55 ]}

ジョン・ボイド・ダンロップは1887年に南ベルファストで最初の実用的な空気入りタイヤを開発した。ウィリー・ヒュームは1889年にダンロップが新たに発明した空気入りタイヤの優位性を実証し、アイルランドとイングランドでタイヤ初のレースで優勝した。^{[ 56 ] [ 57 ]}ダンロップによる空気入りタイヤの開発は道路輸送の発展において重要な時期に行われ、1890年後半に商業生産が開始された。

現代の自転車は1876年にイギリスのエンジニア、ハリー・ジョン・ローソンによって設計されたが、数年後に最初の商業的に成功した安全自転車を製造したのはジョン・ケンプ・スターリーであった。 ^{[ 58 ]}その人気はすぐに高まり、1890年代の自転車ブームを引き起こした。

この時期には、スコットランドのエンジニア、ジョン・ラウドン・マクアダムが先駆者となったマカダム工法を用いて道路網が大幅に改善され、1890年代の自転車ブームの頃には舗装道路が建設された。現代のタールマックは、 1901年にイギリスの土木技師エドガー・パーネル・フーレイによって特許が取得された。^{[ 59 ]}

ドイツの発明家カール・ベンツは1886年に世界初の自動車の特許を取得しました。この自動車は、馬車の木製ホイールとは異なりワイヤーホイールを採用し^{[ 60 ]}、後輪の間にはベンツ自身が設計した4ストロークエンジンを搭載し、非常に先進的なコイル点火方式^{[ 61 ]}とラジエーターではなく蒸発冷却方式を採用していました^{[ 61 ]} 。動力は2本のローラーチェーンを介して後車軸に伝達されました。これは、単なる動力付き駅馬車や馬車ではなく、完全に自力で動力を発生させるように設計された最初の自動車でした。

ベンツは1888年の晩夏にこの車両を「ベンツ特許モーターワーゲン」として宣伝し、販売を開始した。これは歴史上初めて市販された自動車となった。

ヘンリー・フォードは1896年に最初の自動車を製造し、1903年にフォード・モーター・カンパニーを設立するまで、後に自らの会社を設立することになる他の人々と共に、業界のパイオニアとして活動しました。 ^{[ 30 ]}フォードと同社の他の人々は、平均的な労働者が購入できる規模で設計および製造される自動車というヘンリー・フォードのビジョンに沿って生産を拡大する方法に苦労しました。^{[ 30 ]}フォード・モーターが開発した解決策は、工作機械と特殊用途の機械を作業シーケンスに体系的に配置した、完全に再設計された工場でした。すべての作業と工具を手の届く範囲に配置し、可能な限りコンベア上に配置することで、すべての不要な人間の動作が排除され、組立ラインが形成され、このプロセス全体が大量生産と呼ばれました。これは、5000個の部品からなる大型で複雑な製品が、年間数十万個の規模で生産された歴史上初めてのことでした。^{[ 30 ] [ 35 ]}大量生産方式によるコスト削減により、モデルTの価格は1910年の780ドルから1916年には360ドルにまで下落した。1924年には200万台のT型フォードが生産され、1台あたり290ドルで販売された。（2025年のドル換算で5,448ドル^{[ 62 ]}）^{[ 63 ]}

応用科学は多くの機会を切り開いた。19世紀半ばには化学の科学的理解と熱力学の基礎的な理解が確立され、世紀末にはこれら二つの科学はほぼ現在の形に近づいた。熱力学の原理は物理化学の発展に活用された。化学の理解は、基本的な無機化学製造やアニリン染料産業の発展に大きく貢献した。

冶金学は、ヘンリー・クリフトン・ソービーらの研究によって発展した。ソービーは、顕微鏡で金属を研究する金属組織学の先駆者であり、これが金属の科学的理解と鋼鉄の大量生産への道を開いた。1863年、彼は酸によるエッチングを用いて金属の微細構造を研究し、少量の正確な炭素が鋼鉄に強度を与えることを初めて理解した。^{[ 64 ]}これにより、ヘンリー・ベッセマーとロバート・フォレスター・マシェットが鋼鉄の大量生産方法を開発する道が開かれた。

クロム、モリブデン、チタン、バナジウム、ニッケルなどのさまざまな元素を精製するための他のプロセスが開発され、これらは特に鋼と組み合わせることで、特別な特性を持つ合金の製造に使用されました。たとえば、バナジウム鋼は強度と耐疲労性に優れており、自動車用鋼の半分に使用されていました。 ^{[ 65 ]}合金鋼は、1880年代に自転車の大量生産に使用されたボールベアリングに使用されました。ボールベアリングとローラーベアリングも機械に使用され始めました。その他の重要な合金は、蒸気タービンブレードなどの高温で使用され、ステンレス鋼は耐食性があります。

ユストゥス・フォン・リービッヒとアウグスト・ヴィルヘルム・フォン・ホフマンの研究は、現代の工業化学の基礎を築きました。リービッヒは、窒素が植物にとって必須の栄養素であることを発見したことから「肥料産業の父」とみなされており、その後、オキソ肉エキスを製造するリービッヒ肉エキス会社を設立しました。ホフマンは、ロンドンで王立化学大学の名の下に実践化学の学校を率い、分子モデリングの現代的な手法を導入し、最初の合成染料を発見したパーキンを指導しました。

熱力学は、サディ・カルノー、ウィリアム・ランキン、ルドルフ・クラウジウス、ウィリアム・トムソン、ジェームズ・クラーク・マクスウェル、ルートヴィヒ・ボルツマン、J・ウィラード・ギブスらによって現代の形へと発展した。これらの科学原理は、ボイラーや蒸気タービンの効率向上など、様々な産業分野に応用された。マイケル・ファラデーらの研究は、電気に関する現代の科学的理解の基礎を築く上で極めて重要な役割を果たした。

スコットランドの科学者ジェームズ・クラーク・マクスウェルは特に影響力があり、彼の発見は近代物理学の時代を切り開いた。^{[ 66 ]}彼の最も顕著な業績は、電気、磁気、光学を同じ現象、すなわち電磁場の現れとして記述する一連の方程式を定式化したことである。^{[ 67 ]}光と電気現象の統一は、電波の存在の予測につながり、ヒューズ、マルコーニらによる将来の無線技術開発の基礎となった。 ^{[ 68 ]}

マックスウェル自身は1861年に最初の耐久性のあるカラー写真を開発し、制御理論の最初の科学的扱いを発表しました。^{[ 69 ] [ 70 ]}制御理論はプロセス制御の基礎であり、自動化、特にプロセス産業、船舶や航空機の制御に広く使用されています。 ^{[ 71 ]}制御理論は、蒸気機関の遠心ガバナーの動作を分析するために開発されました。これらのガバナーは、18世紀後半に風車や水車で、水車石の間の隙間を正しく配置するために使用され、ジェームズ・ワットによって蒸気機関に応用されました。改良版は、望遠鏡の自動追跡機構を安定させ、船舶のプロペラと舵の速度を制御するために使用されました。しかし、これらのガバナーは鈍重で、設定点の周りで振動していました。ジェームズ・クラーク・マックスウェルは、ガバナーの動作を数学的に分析した論文を書き、これが制御理論の正式な開発の始まりとなりました。科学は継続的に改良され、工学分野へと発展しました。

ユストゥス・フォン・リービッヒは、肥料としてのアンモニアの重要性を最初に理解し、植物の栄養における無機ミネラルの重要性を提唱した。イギリスでは、骨粉中のリン酸塩石灰を硫酸で処理して作った肥料を通して、自身の理論を商業的に実現しようと試みた。もう一人の先駆者はジョン・ベネット・ローズで、1837年に鉢植えの植物に対する様々な肥料の効果に関する実験を開始し、リン酸塩を硫酸で処理して作った肥料に至った。これが、黎明期の人工肥料産業の最初の製品となった。^{[ 72 ]}

イースト・アングリアで商業的に利用可能な量の糞石が発見されたことで、フィソンズとエドワード・パッカードは1850年代にブラムフォードとスネイプに最初の大規模な商業肥料工場の一つを建設した。1870年代までには、これらの工場で生産された過リン酸石灰はイプスウィッチ港から世界中に出荷されていた。^{[ 73 ] [ 74 ]}

ビルケランド・アイデ法は、ノルウェーの実業家で科学者のクリスティアン・ビルケランドがビジネスパートナーのサム・アイデとともに1903年に開発しましたが^{[ 75 ]}、すぐに ノーベル賞受賞化学者であるIGファルベンのカール・ボッシュとドイツのフリッツ・ハーバーによって開発された、はるかに効率的なハーバー法に取って代わられました[ ^{76 ] [ 77 ]} _{。このプロセスでは、分子状窒素（ N2}）とメタン（CH4 _）ガスを使用して、経済的に持続可能なアンモニア（NH3 _{）の合成が行われまし}^た。ハーバー法で生産されるアンモニアは、硝酸の製造の主要原料です。

蒸気タービンは、1884 年にチャールズ・パーソンズ卿によって開発されました。彼の最初のモデルは、7.5 kW (10 hp) の電力を生成するダイナモに接続されていました。^{[ 78 ]}パーソンズの蒸気タービンの発明により、安価で豊富な電力が可能になり、海上輸送と海軍の戦争に革命をもたらしました。^{[ 79 ]}パーソンズが亡くなるまでに、彼のタービンは世界の主要な発電所すべてに採用されました。^{[ 80 ]}以前の蒸気機関とは異なり、タービンはクランクと重いフライホイールを必要とする往復運動ではなく、回転運動を生成しました。タービンの多数の段により、高効率とサイズが 90% 削減されました。タービンの最初の用途は船舶で、1903 年に発電に続きました。  

最初に広く使われた内燃機関は、1876年のオットー型エンジンでした。1880年代から電化が進むまで、小型蒸気機関は効率が悪く、オペレーターの注意力が要しすぎたため、小規模な工場で成功を収めました。^{[ 7 ]}オットーエンジンはすぐに自動車の動力源として使われるようになり、今日でも一般的なガソリンエンジンとして使われています。

ディーゼルエンジンは、1890年代にルドルフ・ディーゼルとハーバート・アクロイド・スチュアートによって、熱力学の原理を用いて、特に高効率を目指して独自に設計された。完成して普及するまでには数年を要したが、機関車の動力源となる前に船舶に応用された。現在でも世界で最も効率的な原動機である。^{[ 7 ]}

最初の商用電信システムは、 1837年5月にウィリアム・フォザーギル・クック卿とチャールズ・ホイートストンによってロンドンのユーストン駅とカムデン・タウンの間に設置された。 ^{[ 81 ]}

電信網の急速な拡大は世紀を通じて起こり、最初の海底電信ケーブルはジョン・ワトキンス・ブレットによってフランスとイギリスの間に敷設された。アトランティック・テレグラフ社は、大西洋を横断する商用電信ケーブルの建設を請け負うために、1856年にロンドンで設立された。これは、途中で多くのトラブルに見舞われたものの、ジェームズ・アンダーソン卿が船長を務めるSSグレート・イースタン号によって、1866年7月18日に無事完成した。^{[ 82 ]} 1850年代から1911年まで、イギリスの海底ケーブルシステムが世界のシステムを支配した。これは正式な戦略目標として設定され、オール・レッド・ラインとして知られるようになった。^{[ 83 ]}

電話は1876年にアレクサンダー・グラハム・ベルによって特許が取得され、初期の電信と同様に、主にビジネス取引を迅速化するために使用されました。^{[ 84 ]}

前述の通り、歴史上最も重要な科学的進歩の一つは、マクスウェルの電磁気理論による光、電気、磁気の統一でした。電気の科学的理解は、効率的な発電機、モーター、変圧器の開発に不可欠でした。デイビッド・エドワード・ヒューズとハインリヒ・ヘルツは、マクスウェルが予言した電磁波の現象を実証し、確認しました。^{[ 7 ]}

世紀の変わり目にラジオを商業化することに成功したのは、イタリアの発明家グリエルモ・マルコーニでした。 ^{[ 85 ]}彼は1897年にイギリスでワイヤレス・テレグラフ・アンド・シグナル社を設立し^{[ 86 ] [ 87 ]}、同年にはソールズベリー平原を越えてモールス信号を送信し、史上初の外洋での無線通信を行い^{[ 88 ]} 、1901年にはコーンウォールのポルドゥからニューファンドランドのシグナルヒルまで大西洋を横断する初の送信を行いました。マルコーニは大西洋の両岸に高出力の無線局を建設し、1904年には購読している船舶に毎晩ニュースの要約を送信する商業サービスを開始しました。^{[ 89 ]}

1904年にジョン・アンブローズ・フレミング卿が真空管を開発したことは、現代の電子工学とラジオ放送の発展の礎となった。その後、リー・デ・フォレストが三極管を発明したことで電子信号の増幅が可能になり、1920年代のラジオ放送への道が開かれた。

アルフレッド・チャンドラーなどの学者は、鉄道が現代の企業を創り出したと評価している。以前は、ほとんどの企業の経営は個人オーナーまたはパートナーのグループによって行われており、その中には日々の現場業務にほとんど関与していない者もいた。本社の中央集権的な専門知識だけでは不十分だった。鉄道は、日々の危機、故障、悪天候に対処するために、線路の全長にわたって専門知識を必要とした。1841年にマサチューセッツ州で発生した衝突事故は、安全改革を求める声につながった。これにより、鉄道は明確な管理権限を持つ異なる部門に再編成された。電信が利用可能になると、企業は列車を追跡するために鉄道沿いに電信線を敷設した。^{[ 90 ]}

鉄道は複雑な業務を伴い、莫大な資本を投入し、それまでのどの事業よりも複雑なビジネスを運営していた。そのため、コストを追跡するためのより良い方法が必要だった。例えば、運賃を計算するには、貨物1トンマイルあたりのコストを知る必要があった。また、数ヶ月間行方不明になることもある貨車を追跡する必要もあった。これが「鉄道会計」と呼ばれるものを生み出し、後に鉄鋼業などの他の産業にも採用され、最終的には現代会計へと発展した。^{[ 91 ]}

その後、第二次産業革命において、アメリカのフレデリック・ウィンズロー・テイラーらは科学的管理法、すなわちテイラー主義の概念を発展させた。科学的管理法は当初、時間動作研究などの分析を用いて、作業（レンガ積みやシャベル作業など）の手順を減らすことに重点を置いていたが、その概念は産業工学、製造工学、経営管理などの分野へと発展し、工場の運営、そして後には経済のあらゆる分野を完全に再構築するのに役立った^{[ 92 ] 。}

テイラーの核心的な原則には以下が含まれる：^{[ 93 ]}

• 経験則に基づく作業方法を、タスクの科学的研究に基づく方法に置き換える
• 従業員一人ひとりを科学的に選抜、訓練、育成し、受動的に自己訓練させるのではなく、
• 「各作業員がそれぞれの個別の業務を遂行するにあたり、詳細な指示と監督を提供する」
• 管理者と労働者の間で仕事をほぼ均等に分担し、管理者は科学的管理の原則を適用して作業を計画し、労働者は実際に作業を実行する。