storia della tecnologia - e-learning unipd

1881 - Francia, Gran Bretagna
STORIA DELLA
TECNOLOGIA
generatore secondario = trasformatore
elettrico di potenza, in corrente alternata
Lucien Gaulard (1850-1888) e John D. Gibbs
• Livelli diversi di tensione tra trasmissione
e distribuzione
• apre la strada alla trasmissione
dell’energia a grande distanza,
in corrente alternata
LEZIONE 19
Massimo Guarnieri
Dipartimento di Ingegneria Industriale - Università di Padova
1885: trasformatore a nucleo chiuso
– O. T. Bláthy (H)
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1888 - Stati Uniti
1884 - Italia
Trasmissione di energia elettrica in corrente alternata
Lucien Gaulard (1850-1888)
Galileo Ferraris (1847-1897)
Motore elettrico in corrente alternata
Nikola Tesla (1857-1943)
•
•
•
•
• Presentata all’esposizione di Torino
• Impianto dimostrativo da 34 km,
tra Lanzo e Torino:
supera i limiti spaziali
della trasmissione in corrente continua
anticipato nel 1885 dal campo magnetico rotante di Galileo Ferraris
completa il quadro delle macchine fondamentali in corrente alternata
sfruttamento industriale con Westinghouse poco dopo
l’energia elettrica può essere distribuita commercialmente a distanza
per illuminazione e azionamenti industriali
• 1884: fattore di potenza (Ferraris)
• 1885: principio del campo magnetico rotante (Ferraris)
• 1885: Grosvenor Gallery (Londra) impianto con trasformatori
2,4 kV/100 V, uno per utente, con primari in parallelo
• 1885: via dei Cerchi (Roma) primo impianto pubblico 22 kW, a 2kV
e 120 Hz
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1885 - Russia, Polonia
1888 - Stati Uniti, Francia
Saldatura ad arco elettrico con elettrodo di ottone
Saldatura a resistenza
Nikolai Bernardos, Stanislav Olszewski
Elihu Thomson (1853-1937)
• Moderna tecnica di saldatura ad arco
• Permette lavorazioni prima impossibili
nell’industria meccanica pesante
(automobilistica)
• fondamentali nella nuova industria metallurgica
Precedente:
• 1835: James Bowman Lindsay
• Inventa il procedimento, senza portarlo allo sfruttamento
commerciale (l’energia elettrica costa ancora molto)
Acciaio al nichel a diversi tenori
Acciaierie Schneider (Francia)
• Resistente (1-3,5%)
• Autotemperante (4-5%)
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1890 - Stati Uniti
1890 - Stati Uniti
Primo uso della sedia elettrica
Tabulatore elettrico
Penitenziario di Auburn (New York)
Herman Hollerith (1860-1929)
• Per il Times: “… uno spettacolo disgustoso…”
• Commissionato dall’Ufficio
del Censo del Governo Federale
• Selezionatore e contatore
• Prima macchina elettrica
per la gestione dei dati
di grande successo
• Uso delle schede perforate
per l’immissione dei dati
• Guerra dei Sistemi (o delle Correnti) tra
• Westinghouse che sostiene la corrente alternata e
• Edison che sostiene la corrente continua
– Propaganda senza esclusione di colpi
• Presunta maggior pericolosità della corrente alternata,
impiegante tensioni più elevate
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1892-94
1891 - Germania, Svizzera
Sistema elettrico trifase
Maturità della elettrotecnica con approfondimenti
teorici sviluppati da diversi studiosi:
Oskar F. X. Miller (1855-1934),
Michael Dolivo-Dobrowolsky (1862-1919) e
Charles E. L. Brown (1863-1924)
1892:
1893:
1893:
1893:
1894:
1894:
• Impianto dimostrativo Lauffen-Francoforte
175 km, 240 kW a 15 kV e 40 Hz
parallelo delle macchine sincrone (Blondel e Boucherot)
concetto di impedenza (Kennelly)
concezione del metodo fasoriale (Steinmetz)
modello della macchina asincrona trifase (Ferraris)
modello della macchina sincrona trifase (Ferraris)
diagramma circolare della macchina asincrona trifase
(Heyland)
…..
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1895-7 - Stati Uniti
Grande centrale elettrica in corrente alternata polifase
alle cascate del Niagara
1895: prima installazione da 3,5 MW
• Tesla e Westinghouse
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1886 - Stati Uniti, Francia
Metodo elettrolitico di produzione
dell’alluminio a basso costo
Charles M. Hall (1863-1914) e
Paul L. Héroult (1863-1914)
1897: potenziamento a 35 MW
• anche General Electric
• Primo uso sistematico industriale
per elevate potenze
– Metallo osservato da Hans Oersted
nel 1825
• da metallo prezioso a economico,
grazie all’energia elettrica a basso costo
• Inizia l’uso industriale su vasta scala
– 1895: Pittsburgh Reduction Company di Hall
– 1895: Carborundum Company di Acheson
• definitiva affermazione della corrente
alternata polifase e della trasmissione
a grande distanza (dalle risorse idroelettriche a città e grandi poli industriali)
• Nasce la grande industria elettrochimica
1888: Pittsburgh Reduction Company
(ALCOA dal 1907) in USA
N.b.: dal 1890 diffusione dell’energia
idroelettrica anche in Nord Italia
Trasformatore GE da 830 kW, 10 kV per la centrale al Niagara
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1892-3 – Francia e Canada, USA
1895 - Germania
Carburo di calcio
Processi di riduzione alluminotermica
Thomas Leopold Willson (1860-1915)
Henri Moissan (1852-1907)
Hans Goldschmidt (1861-1923)
• Richiede >2200˚C
• Ottenuti con riscaldamento elettrico
• Fa uso di alluminio
(ora disponibile a basso costo)
• Permette di produrre a basso costo
metalli liberi altrimenti poco accessibili
– cromo, manganese, molibdeno, tungsteno (fonde a 3422
• Indispensabili negli acciai speciali
• grazie al forno elettrico (>2000 C)
• usato nella produzione di acetilene per
illuminazione
Carburo di silicio - carborundum
Edward G. Acheson (1856-1931)
C), …
• Come processo secondario (sfruttandone il grande calore)
viene sviluppata, dopo qualche anno, la saldatura Termit
•
•
•
•
– già con Edison a Menlo Park
materiale ceramico refrattario
ad altissima resistenza meccanica
abrasivo
permette nuove lavorazioni meccaniche
industriali
– (fabbrica alimentata dalla centrale al Niagara)
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1890 - Gran Bretagna
1889 - Francia
Acciaio rapido di Mushet
Torre Eiffel
Robert Mushet (1811 - 1891)
Gustave A. Eiffel (1832-1923)
•
•
•
•
• Grande pioniere delle strutture in
acciaio (1881: struttura metallica
della Statua della Libertà,…)
• H = 324 m,
• Struttura in ferro
• 10.000 ton
acciaio al tungsteno (12-21%)
utensili ad alta resistenza
sopportano temperature elevatissime senza perdere il taglio
tagliano l’acciaio dolce a 46 m/min, senza lubrificante
1898: acciaio rapido di Taylor e White (USA)
Frederick W. Taylor (1856 - 1915)
– Ideata come struttura temporanea
per l’esposizione universale e
fortemente criticata
• acciaio al tungsteno sottoposto ad un particolare trattamento a caldo
• per utensili in grado di lavorare più velocemente e più a fondo
• Edificio più alto per 40 anni
• Celebra l’epoca delle grandi
costruzioni edili in ferro
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1898 - Italia
Altoforni ad arco attuali
Altoforno ad arco elettrico per acciaio
Valori tipici attuali (tecnologia ampiamente usata)
Arco con elettrodi in grafite
Ernesto Stassano (1859-1922)
Precedenti
• 1878 Forno elettrico ad arco - brevetto
Wilhelm Siemens (1823-1883)
Evoluzione
• 1907: altoforno ad arco
• prima realizzazione
di grande importanza negli USA
• Paul Héroult (1863-1914)
• AC trifase a 50 Hz a 600-1000 V e 50-80 kA 1000 kVA/t
• (oggi anche in CC)
Temperature:
• Arco: 3500 C
• Letto fuso: 1800
Milano - Museo della Scienza e della tecnologia
C
Utilizzo di rottami
– Temperature controllate e molto più
elevate di quelle degli altiforni a
combustione
– Assenza di sostanze contaminanti
– Produzione di varie leghe di acciaio
– Sostituisce l’acciaio al crogiolo
• Il ferro è perfettamente
riciclabile
Monaco - Deutsches Museum
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1881 - Francia
Evoluzione della siderurgia
Accumulatore elettrico ricaricabile di uso pratico
1400 a.C. forgiatura del ferro degli Ittiti
1200 a.C. diffusione delle tecniche di forgiatura
500 a.C. diffusione di utensili in ferro
400 acciaio serico (indiano)
1400 fusione della ghisa in Europa
1490 laminatoi di Leonardo
1709 fusione del ferro in acciaio col coke di Darby
1740 acciaio al crogiolo di Huntsman
1745 laminatoio industriale di Polhem (1783 di Cort)
1768 puddellaggio dell’acciaio
1784 forno a riverbero e puddellaggio di Cort
1796 laminatoio a vapore
1855 altoforno per acciaio ottimo ed economico di Bessemer
1864 altoforno a rigenerazione Martin-Siemens
1871-88 acciai speciali (tungsteno, manganese, nichel,…)
1878 altoforno elettrico a rigenerazione di Siemens
1899 altoforno ad arco elettrico di Stassano, …
Camille Alphonse Faure (1840-1898)
Industrializzato con notevole successo
Ricaricabile tramite dinamo (a basso costo)
Precedenti:
1858: accumulatore piombo-acido
Gaston Planté (1834-1889)
!
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Prime automobili elettriche
efficienti, idonee all’uso
cittadino
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1884-8 - Russia, Spagna, Francia
Sommergibili elettrici
1890 - Italia
Sommergibile “Delfino”
1884: Stefan Drzewiecki (1844-1938) per lo Zar
Giacinto Pullino (1837-1898)
• Ammiraglio ed ingegnere navale
1888: Isaac Peral (1851-1895)
Peral (Spagna)
95 ton di dislocamento in superficie,
con propulsione elettrica,
dotato di periscopio e di bussola giroscopica
• 4,7 nodi di velocità,
armato con torpedini lanciabili
in immersione
1888: Gustave Zede (1825-1891)
Gymnôte (Francia)
• 4,3 nodi di velocità,
armato con due torpedini
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1897 - Stati Uniti
1853 - Gran Bretagna
Sommergibile
John Phillip Holland (1841-1914), ingegnere irlandese
Doppia propulsione
• in emersione: motore a combustione interna (motore Otto da 45 Hp)
• in immersione motore elettrico (110 V, con accumulatori al piombo)
• solo 5 uomini di equipaggio, ma di concezione moderna (zavorra,
cassoni di assetto, armi)
Aliante
George Cayley (1773-1857)
– Ingegnere e professore universitario
• Primo prototipo di “successo”: paracadute
governabile
(esegue una planata controllata)
– Il collaudato eseguito dal suo
giardiniere e cocchiere
termina con un atterraggio rovinoso
– Ma intuisce i principi del volo
controllato: serve una spinta
adeguata a dare portanza alle ali
– Precedenti: vari tentavi senza
successo
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1890 - Francia
1891 - Germania
Aeroplano - Éole
Aliante operativo
Clément Ader (1841-1925)
Otto Lilienthal (1848-1896)
• Primo velivolo pilotato a motore
(a vapore) che si stacca dal suolo
• Volo non controllato di 20 cm per 50 m
• Prima macchina volante efficace
• Simile al deltaplano
• vari modelli (commercializzati) fino al 1896
(fine tragica durante il collaudo di un aliante)
Precedente del 1877
Enrico Forlanini (1848-1930)
• piccolo elicottero con motore a vapore
dimostrativo (non pilotato)
• Si alza a 13 m per 20 s
– negli anni successivi realizza:
dirigibili e aliscafi
London Science Museum
Nelle foto: Èole III di Ader, che nel 1897 non riuscì a volare.
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1884 - Gran Bretagna
1879 - Gran Bretagna (Scozia)
Turbina a vapore a reazione ad espansioni
multiple
Dugald Clerk (1854-1932)
Motore a combustione interna
a due tempi
Charles A. Parsons (1854-1931)
1894 Joseph Day (1855-1946)
compressione del gas
nel cilindro senza valvole
Deutsches Museum - Monaco
!
!
Motori compatti di piccola potenza e
piccole dimensioni:
Vastissimo uso attuale:
• 1892: adozione del condensatore ! rendimento
superiore a quello di macchine a stantuffo
potenza elevata
• dai 7,5 kW del primo modello, aumenta
di 10.000 volte in pochi decenni, fino alle
centinaia di MW
!ciclomotori, motori marini fuoribordo,
tagliaerba, motoseghe, …
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1884 - Gran Bretagna
1896 - Stati Uniti
Turbina a vapore a reazione ad espansioni multiple
Turbina a vapore ad azione a salti di velocità
Charles A. Parsons (1854-1931)
Impieghi fondamentali:
Charles Gordon Curtis (1860-1953)
• Erede della turbina a vapore ad azione di de Laval del 1878
• adottata nelle centrali termoelettriche di General Electric
- nel 1901 ne viene prodotto un modello da 5000 kW
• (mentre Westinghouse usa le turbine a reazione Parson)
• piroscafi (diffusione nel XX secolo)
– la dimostrazione definitiva, nel 1894,
avviene proprio con un piroscafo,
la Turbinia, che con i suoi 34,5 nodi,
batte in velocità le migliori navi
dell’ammiragliato di fronte
alla regina Vittoria
• centrali elettrotermiche
(immediatamente, anzitutto ad opera
di Westinghouse per i suoi sistemi in
corrente alternata)
Turbina ad azione
Esher Wiss
11 bar 365 kW (1903)
Deutsches Museum - Monaco
Deutsches Museum - Monaco
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Avvento di nuovi motori
La macchina a vapore a pistone, che dalla metà del XVIII secolo
aveva dato potenza alla rivoluzione industriale, si avvia ad un
inesorabile declino, sostituita da motori più evoluti:
La turbina a vapore per l’elettrogenerazione e la navigazione
Il motore elettrico per la trazione ferroviaria e gli azionamenti
industriali
I motori a combustione interna per la trazione stradale
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1884
Gran Bretagna, Stati Uniti
Mitragliatrice automatica
Hiram Maxim (1840-1916)
• Migliore della Gatling, non necessita di azionamento meccanico
• 11 colpi al secondo (potenza di fuoco di 1000 fucili)
Come quasi tutte le innovazioni tecnologiche, anche la gloriosa
macchina a vapore ha un suo ciclo di vita (altri esempi: ruota
idraulica, telegrafo, macchina da scrivere, disco in vinile, tubo a
raggi catodici, le calcolatrici meccaniche, …)
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1885 - Gran Bretagna
1887 - Gran Bretagna (Scozia)
Pneumatico in gomma gonfiato ad aria
Bicicletta di sicurezza
John Boyd Dunlop (1846-1921) Scozia
1885: John Starley
• Per migliorare il triciclo del figlio
• 1888: brevetto
• 1889: Dunlop Pneumatic Tyre Co. Ltd (con altri finanziatori)
• Di tipo moderno, con
trazione a pedali e catena,
freni al manubrio,
• Ruote uguali
Diffusione in America
• 1888: Albert Pope (1843-1909)
• “ispirato” dalla bicicletta inglese
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1891 - Francia
34
1884 - Francia
Camera d’aria smontabile
Autovettura tricicla con motore a vapore
André (1853-1931) e
Édouard (1859–1940) Michelin
De Dion - Bouton
• Precedente: 1878 Jacquot
• A fine secolo primo produttore mondiale di autovetture
• Ideato da André
• primo pneumatico smontabile, perfezione
l’invenzione di Dunlop del 1888
• Con esso Charles Terront vince
la competizione ciclistica Paris-BrestParis, di 1198 km (col secondo arrivato,
Jiel-Laval con pneumatici Dunlop,
surclassa le biciclette a gomme piene)
– Rapida affermazione
– Impiegato anche nei veicoli a motore
dal 1894 contribuendo al loro
successo
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1882 - Italia (Padova)
1894 - Stati Uniti
Carburatore per motore a combustione interna a due
tempi con combustibile liquido
Enrico Bernardi (1841-1919)
Automobile a motore elettrico
Funziona molto meglio dell’automobile con motore a
combustione interna ed è più pratica da usare,
ma ha scarsa autonomia (ma va benissimo in città)
1899: un’auto elettrica stabilisce il record di velocità
= 100 km/h
Professore a Padova
Usato per motorizzare un triciclo in legno
Primo veicolo di tale tipo in Italia
Precedenti:
1863: Lenoir (a gas) in Francia
1870: Marcus (a benzina) in Germania
Jamais Contente (100 km/h)
Modelli del 1909 in ricarica
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38
1885 - Germania
1885 - Germania
Autovettura tricicla con motore a combustione interna
a quattro tempi a benzina
Karl Friederich Benz (1844-1929)
• 577 cc 0,75 hp raffreddato ad acqua
1883: creazione di Benz & Cie.
1886: inizio produzione
• prima azienda automobilistica
1890: trasformazione della società
Motore a combustione interna a benzina, a ciclo
Otto, con carburatore
Gottlieb Daimler (1832-1900) e
Wilhelm Maybach (1846-1929)
L’auto di Benz
è spesso definita:
“prima automobile della storia”
Primo uso del differenziale su un’automobile
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1885-6 - Germania
1892 - Germania
Motocicletta e autovettura quadricicla con motore a
combustione interna a quattro tempi
Motore a combustione interna a gasolio
Rudolf Diesel (1858-1913)
• Ideato in modo scientifico per ottenere elevata efficienza
• Affermazione molto lenta, per mancanza
iniziale di iniettori ad alta pressione
efficaci, che lo rendono non competitivo
• Usato prima in grandi modelli statici e navali,
poi per locomotive e camion, ….
Gottlieb Daimler (1832-1900)
Wilhelm Maybach (1846-1929)
1885
1886 (anche una barca a motore)
Deutsches Museum - Monaco
41
1894 - Italia
Evoluzione dei motori
a combustione interna
1680
1807
1826
1833
1856
1860
1867
1876
1879
1882
1885
1892
42
Autovettura tricicla con motore
a combustione interna a 4 tempi
e cambio a 3 marce
archetipo di Huygens e Papin
archetipi di de Rivaz e Niépce
archetipo di Morey
archetipo a gas di Wright
motore a gas di Barsanti e Matteucci η=14%
motore a gas di Lenoir η=4%
motore a gas di Otto e Langen η=12%
motore a gas a 4 tempi di Otto e Langen
motore a gas a 2 tempi di Clerk
carburatore e motore a benzina di Bernardi
motore a benzina a 4 tempi di Daimler
motore a olio di arachidi (poi a gasolio) di Diesel
Enrico Bernardi (1841-1919)
• Tentativo di sfruttamento industriale
• Interessamento di
Giovanni Agnelli sr
• Precedente: 1882:
triciclo in legno
motorizzato con motore
Pia
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1894 - Italia
1895 - Germania
Autovettura tricicla di Bernardi
Autobus con motore a combustione interna
Karl Friedrich Benz (1844-1929)
45
1897 - Germania
46
1898 - Francia
Radiatore automobilistico a nido d’ape
Nuova automobile piccola e agile
Louis Renault (1877-1944)
Wilhelm Maybach (1846-1929)
• Permette in ottimo raffreddamento del MCI e quindi
permette un netto miglioramento delle sue prestazioni
• 1899 Fabbrica di automobili Renault coi fratelli Fernand e Marcel
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1899 - Italia
1901 - Germania
Costituzione della Società Anonima Fabbrica Italiana Automobili
Torino
FIAT
Gruppo di investitori guidati da Giovanni Agnelli sr (1866-1945)
molto più lungimirante del nipote Giovanni jr (1921-2003), privo di interesse
per la ricerca scientifica e lo sviluppo tecnologico, negli ultimi anni del XX
secolo aveva portato la Fiat sull’orlo del fallimento
Prima automobile “moderna” - Mercedes 35 hp
Wilhelm Maybach (1846-1929)
• della Daimler
– Le nuove automobili inducono lo sviluppo di freni più efficaci,
di strade più sicure e confortevoli, …
Fiat 4 HP - 1899
49
1901 - Germania
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Evoluzione dell’automobile
Prima automobile “moderna” - Mercedes 35 Hp
Wilhelm Maybach (1846-1929)
• della Daimler
motore Daimel-Maybach
Deutsches Musem - Monaco
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1844 vulcanizzazione della gomma di Goodyear
1882 triciclo in legno di Bernardi
1885 triciclo di Benz e motociclo di Daimler
1886 autovettura a 4 ruote di Daimler (e barca)
1888 pneumatico di Dunlop
1891 camera d’aria di Michelin
1894 automobile con motore elettrico
1895 autobus di Benz
1897 radiatore a nido d’ape di Maybach
1898 cambio di velocità di Renault
1911 avviamento elettrico di Kettering
… e molto altro
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1887 - Stati Uniti
1894 - Gran Bretagna
Grammofono e disco fonografico
Viscosa - seta artificiale
Emile Berliner (1851-1929)
Charles F. Cross (1855-1935) e
Edward. J. Bevan (1856-1921)
• Meccanico, più evoluto del fonografo di Edison
del 1877
• Usa il disco con solco a spirale che diventerà
il disco di vinile
• inventata nel loro laboratorio privato
• prima fibra sintetica industriale di successo
sviluppata dalla cellulosa di legno (economica), che,
trattata con soda, dà come prodotto intermedio
una soluzione sciropposa
• Produzione avviata nel 1906 dalle industrie
Courtaulds
• Precedente:
• seta artificiale di H. B. de Chardonnet
del 1884
53
54
1881-96 – Austria - Italia
1895 - Francia
La tecnologia entra a pieno titolo in medicina
Cinematografo
Auguste (1862-1954) e
Louis (1864-1948) Lumière
Sfigmomanometro
1881 Samuel Siegfried Karl Ritter
von Basch (1837-1905)
1896 Scipione Riva-Rocci (1863-1937)
• Primi film, con successo sensazionale
– La sortie des usines Lumière
– Arrivée d’un train en gare
• miglioramento
• Per monitorare il battito cardiaco in
sala operatoria e poi per misurare
la pressione arteriosa massima
• 1901: introduzione in Nord America
Harvey Cushing (USA),
• 1905: misurazione della pressione minima
Nikolai Korotkov (R)
Precedenti:
1888, Louis Le Prince: primo filmato di 2 min
1889, Edison: macchina da ripresa e
kinetoscopio (per visione individuale)
Altra tecnologia al servizio
dell’industria degli svaghi
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1896 – Germania-Francia
1903 - Olanda
Elettrocardiografo
Diagnostica medica a raggi X
Willem Einthoven (1860-1927)
Inizio uso clinico dei raggi X
• Diagnostica medica quantitativa
– Rileva gli impulsi elettrici del cuore, ossia l’elettricità biologica
ipotizzata da Galvani, oltre un secolo prima
1895: scoperti casualmente e studiati
da Wilhelm Röntgen (1845-1923)
1898:
Pierre Curie (1859-1906) e
Maria Sklodowska (1867-1934)
• a 3 anni dalla scoperta i maggiori
ospedali del mondo sono già dotati
di apparecchi a raggi X
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