Joseph Whitworth

Cách mạng Công nghiệp lần thứ hai
k. 1870 – k. 1914
Một tuyến đường sắt tại Áo năm 1895
Địa điểm	- Châu Âu - Đông Á - Bắc Mỹ
Sự kiện chính	- Mở rộng mạng lưới vận tải đường sắt - Đưa vào ứng dụng Quy trình Bessemer để sản xuất thép hàng loạt - Điện khí hóa và sự phát triển của lưới điện - Phát minh ra động cơ đốt trong - Khởi động dây chuyền sản xuất hiện đại Tên gọi khác: Cách mạng Công nghệ Chất xúc tác cốt lõi: Sản xuất hàng loạt, chuẩn hóa và việc đưa điện năng cùng thép vào ứng dụng.
Bảng niên đại Cách mạng Công nghiệp lần thứ nhất Cách mạng Công nghiệp lần thứ ba

Cách mạng Công nghiệp lần thứ hai, còn được gọi là Cách mạng Công nghệ, là một giai đoạn bùng nổ các khám phá khoa học, chuẩn hóa, sản xuất hàng loạt và công nghiệp hóa diễn ra nhanh chóng từ cuối thế kỷ 19 đến đầu thế kỷ 20. Cách mạng Công nghiệp lần thứ nhất kết thúc vào giữa thế kỷ 19, được nối tiếp bởi một giai đoạn chững lại của các phát minh quan trọng trước khi Cách mạng Công nghiệp lần thứ hai khởi sắc vào năm 1870. Mặc dù nhiều sự kiện của giai đoạn này bắt nguồn từ các đổi mới sản xuất trước đó chẳng hạn như sự hình thành của ngành công nghiệp máy công cụ, việc phát triển các phương pháp chế tạo linh kiện có thể lắp lẫn, cũng như phát minh về Quy trình Bessemer và lò luyện thép đáy bằng (hở) để sản xuất thép là những bước phát triển sau đó đã báo hiệu cho sự xuất hiện của Cách mạng Công nghiệp lần thứ hai, thời kỳ thường được xác định nằm trong khoảng từ năm 1870 đến năm 1914 khi Chiến tranh thế giới thứ nhất bùng nổ.

Những bước tiến trong công nghệ chế tạo và sản xuất đã mở đường cho việc ứng dụng rộng rãi các hệ thống kỹ thuật như mạng lưới đường sắt và điện báo, hệ thống cung cấp khí đốt, nước sạch và thoát nước thải, vốn trước đây chỉ giới hạn ở một số ít đô thị tiêu biểu. Sự mở rộng vượt bậc của các tuyến đường sắt và đường dây điện báo sau năm 1870 cho phép con người và các luồng tư tưởng luân chuyển ở quy mô chưa từng có, lên đến đỉnh điểm trong một làn sóng thực dân mới và toàn cầu hóa. Trong cùng thời kỳ này, các hệ thống công nghệ mới đã được giới thiệu, tiêu biểu nhất là năng lượng điện và điện thoại. Cách mạng Công nghiệp lần thứ hai tiếp tục tiếp diễn sang thế kỷ 20 với quá trình điện khí hóa các nhà máy thời kỳ đầu cùng sự xuất hiện của dây chuyền sản xuất; giai đoạn này khép lại khi Chiến tranh thế giới thứ nhất bùng nổ.

Cách mạng Công nghiệp lần thứ hai là một thời kỳ phát triển công nghiệp thần tốc, diễn ra chủ yếu tại Vương quốc Anh, Đức và Hoa Kỳ, đồng thời lan rộng sang Pháp, Nhật Bản và Vùng đất thấp. Nó tiếp nối cuộc Cách mạng Công nghiệp lần thứ nhất vốn đã hưng thịnh tại Anh vào cuối thế kỷ 18 rồi lan khắp Tây Âu. Giai đoạn này khép lại khi Chiến tranh thế giới thứ nhất bùng nổ vào năm 1914. Trong khi cuộc Cách mạng lần thứ nhất được thúc đẩy bởi việc ứng dụng ở mức độ hạn chế động cơ hơi nước, |linh kiện có thể lắp lẫn cùng sản xuất hàng loạt, và phần lớn vẫn dựa vào sức nước (đặc biệt là ở Hoa Kỳ), thì cuộc Cách mạng lần thứ hai mang nét đặc trưng bởi việc xây dựng quy mô lớn mạng lưới đường sắt, sản xuất gang thép đại trà, ứng dụng rộng rãi máy móc trong chế tạo, tăng cường vượt bậc việc sử dụng năng lượng hơi nước, phổ biến hóa máy điện báo, ứng dụng dầu mỏ và khởi đầu của quá trình điện khí hóa. Giáo dục cũng đóng một vai trò quan trọng, cùng với đó là việc đưa vào áp dụng các phương pháp tổ chức hiện đại nhằm điều hành các doanh nghiệp quy mô lớn trải rộng trên những vùng địa lý bao la.

Khái niệm về cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ hai được Patrick Geddes đưa ra trong tác phẩm Cities in Evolution (1910), và từng được các nhà kinh tế học như Erich Zimmermann sử dụng vào năm 1951, song việc David Landes vận dụng thuật ngữ này trong một bài tiểu luận năm 1966 và trong tác phẩm The Unbound Prometheus (1972) mới chính thức chuẩn hóa các định nghĩa học thuật của khái niệm, vốn sau đó được cổ súy mạnh mẽ nhất bởi Alfred Chandler (1918–2007). Dù vậy, một số học giả vẫn tiếp tục bày tỏ sự dè dặt về tính chuẩn xác của việc sử dụng thuật ngữ này. Năm 2003, Landes đã nhấn mạnh tầm quan trọng của các công nghệ mới (đặc biệt là động cơ đốt trong), dầu mỏ, các vật liệu và hợp chất mới (bao gồm hợp kim và hóa chất), điện lực và các công nghệ truyền thông như máy điện báo, điện thoại và radio.

Một tác giả đã gọi giai đoạn từ năm 1867 đến năm 1914, thời kỳ chứng kiến hầu hết các đột phá vĩ đại xuất hiện là "Thời đại của sự Hiệp đồng" (The Age of Synergy), bởi các phát minh và đổi mới sáng tạo thời kỳ này đều dựa trên nền tảng kỹ thuật và khoa học ứng dụng.

Mối quan hệ hiệp đồng giữa sắt thép, đường sắt và than đá đã phát triển ngay từ giai đoạn đầu của cuộc Cách mạng Công nghiệp lần thứ hai. Đường sắt cho phép vận chuyển nguyên vật liệu và thành phẩm với chi phí rẻ, từ đó giúp hạ giá thành sản xuất đường ray để tiếp tục mở rộng thêm nhiều tuyến đường sắt mới. Ngành đường sắt cũng được hưởng lợi từ nguồn than đá giá rẻ để vận hành các đầu máy hơi nước. Sự hiệp đồng này đã dẫn tới việc đặt 75.000 dặm đường ray tại Hoa Kỳ vào thập niên 1880—khối lượng xây dựng đường ray lớn nhất ở bất kỳ đâu trong lịch sử thế giới.

Kỹ thuật thổi gió nóng, trong đó khí thải lò nung nhiệt độ cao từ lò cao được tận dụng để gia nhiệt trước không khí cháy thổi vào lò cao đã được phát minh và cấp bằng sáng chế bởi James Beaumont Neilson vào năm 1828 tại Xưởng sắt Wilsontown ở Scotland. Thổi gió nóng là bước tiến quan trọng nhất về hiệu suất sử dụng nhiên liệu của lò cao vì nó làm giảm đáng kể lượng nhiên liệu tiêu hao khi luyện gang thỏi, đồng thời là một trong những công nghệ quan trọng nhất được phát triển trong thời kỳ Cách mạng Công nghiệp. Việc hạ giá thành sản xuất sắt rèn đã diễn ra trùng khớp với sự xuất hiện của ngành đường sắt vào thập niên 1830.

Kỹ thuật thổi gió nóng ban đầu sử dụng sắt làm môi chất tích nhiệt hồi lưu. Sắt gây ra các sự cố do sự giãn nở và co ngót nhiệt, tạo ra ứng suất làm biến dạng và hỏng thiết bị. Edward Alfred Cowper đã phát triển lò Cowper vào năm 1857. Lò này sử dụng gạch chịu lửa làm môi chất tích nhiệt, giải quyết triệt để vấn đề giãn nở và nứt vỡ. Lò Cowper cũng có khả năng tạo ra mức nhiệt rất cao, mang lại công suất xử lý vượt trội cho các lò cao. Lò Cowper cho đến nay vẫn tiếp tục được ứng dụng trong các lò cao hiện đại.

Nhờ chi phí sản xuất gang thỏi bằng than cốc giảm mạnh khi áp dụng kỹ thuật thổi gió nóng, nhu cầu thị trường tăng vọt và kích thước của các lò cao cũng mở rộng tương ứng.

Quy trình Bessemer, do Henry Bessemer phát minh, đã cho phép sản xuất thép hàng loạt, nâng cao quy mô và tốc độ chế tạo loại vật liệu sống còn này, đồng thời tinh giảm đáng kể nhu cầu nhân công. Nguyên lý cốt lõi là loại bỏ lượng carbon dư thừa cùng các tạp chất khác khỏi gang thỏi thông qua quá trình oxy hóa bằng luồng không khí thổi qua khối gang nóng chảy. Quá trình oxy hóa cũng làm tăng nhiệt độ của khối sắt và giữ cho nó luôn ở trạng thái lỏng.

Quy trình Bessemer "axit" có nhược điểm nghiêm trọng là đòi hỏi nguồn quặng hematit tương đối khan hiếm có hàm lượng phosphor thấp. Sidney Gilchrist Thomas đã phát triển một quy trình tinh vi hơn nhằm khử phosphor khỏi sắt. Hợp tác cùng người anh họ là Percy Gilchrist, một nhà hóa học tại Xưởng sắt Blaenavon ở xứ Wales, ông đã đăng ký bằng sáng chế cho quy trình này vào năm 1878; công ty Bolckow Vaughan & Co. tại Yorkshire là doanh nghiệp đầu tiên ứng dụng quy trình được cấp bằng sáng chế này. Quy trình của ông đặc biệt có giá trị tại châu Âu lục địa, nơi tỷ lệ sắt chứa phosphor cao hơn nhiều so với ở Anh, và tên tuổi của nhà phát minh trở nên nổi tiếng tại Bỉ và Đức hơn cả ở quê nhà. Tại Mỹ, dẫu nguồn quặng sắt không chứa phosphor chiếm ưu thế áp đảo, sáng chế này vẫn thu hút sự quan tâm khổng lồ.

Bước tiến lớn tiếp theo trong ngành luyện thép là Quy trình Siemens–Martin. Ngài Charles William Siemens đã phát triển lò hồi nhiệt vào thập niên 1850, trong đó vào năm 1857 ông tuyên bố có khả năng thu hồi đủ nhiệt lượng để tiết kiệm từ 70–80% nhiên liệu. Lò vận hành ở nhiệt độ cao nhờ sử dụng nguyên lý gia nhiệt hồi lưu trước cho nhiên liệu và không khí đốt cháy. Thông qua phương pháp này, một lò luyện thép đáy hở (lò Martin) có thể đạt nhiệt độ đủ cao để làm nóng chảy thép, dù ban đầu Siemens chưa ứng dụng nó theo cách này.

Kỹ sư người Pháp Pierre-Émile Martin là người đầu tiên mua bản quyền sử dụng lò Siemens và ứng dụng vào sản xuất thép vào năm 1865. Quy trình Siemens–Martin đóng vai trò bổ trợ thay vì thay thế hoàn toàn cho Quy trình Bessemer. Những ưu thế chính của nó là không làm thép bị nhiễm quá nhiều nitơ (nguyên nhân khiến thép bị giòn), dễ kiểm soát chất lượng hơn, đồng thời cho phép nấu chảy và tinh luyện khối lượng lớn thép phế liệu, giúp giảm chi phí sản xuất và tái chế một lượng phế thải vốn gây nhiều phiền toái. Nó trở thành quy trình sản xuất thép dẫn đầu vào đầu thế kỷ 20.

Nguồn thép giá rẻ sẵn có cho phép xây dựng các cây cầu lớn hơn, đường ray xe lửa, nhà chọc trời và tàu biển. Những sản phẩm thép quan trọng khác cũng được chế tạo bằng quy trình đáy hở bao gồm cáp thép, thép thanh và thép tấm, giúp chế tạo các nồi hơi lớn chịu áp suất cao và thép cường độ chịu kéo cao cho máy móc, mở đường cho những khối động cơ, bánh răng và trục truyền động mạnh mẽ hơn nhiều so với trước đây. Với lượng thép khổng lồ, việc chế tạo các loại pháoư, bệ pháo, xe tăng, xe chiến đấu bọc thép và tàu chiến uy lực lớn đã trở nên khả thi.

Sự gia tăng sản lượng thép từ thập niên 1860 đồng nghĩa với việc các tuyến đường sắt cuối cùng đã có thể được chế tạo từ thép với mức chi phí cạnh tranh. Nhờ độ bền vượt trội hơn hẳn, thép dần thay thế sắt để trở thành tiêu chuẩn cho đường ray xe lửa, và nhờ độ bền cao hơn, các đoạn ray dài hơn đã có thể được cán nguội và tạo hình. Sắt rèn vốn mềm và chứa nhiều điểm yếu do lẫn xỉ tạp chất. Đường ray bằng sắt cũng không thể chịu nổi tải trọng của các đầu máy hơi nước hạng nặng và thường bị hư hại do hiện tượng va đập búa. Người đầu tiên chế tạo thành công các đoạn đường ray bền chắc bằng thép thay cho sắt rèn là Robert Forester Mushet tại Xưởng sắt Darkhill ở Gloucestershire vào năm 1857.

Lô đường ray thép đầu tiên của Mushet được chuyển đến Ga đường sắt Derby Midland. Các thanh ray được đặt tại đoạn đường dẫn vào nhà ga, nơi các thanh ray bằng sắt trước đó phải thay mới ít nhất sáu tháng một lần, và đôi khi là ba tháng một lần. Sáu năm sau, vào năm 1863, thanh ray thép vẫn ở trạng thái hoàn hảo như mới dẫu mỗi ngày có khoảng 700 chuyến tàu chạy qua. Đây chính là nền tảng thúc đẩy quá trình xây dựng đường sắt diễn ra vũ bão trên khắp thế giới vào cuối thế kỷ 19.

Những thanh ray thép thương mại đầu tiên tại Hoa Kỳ được sản xuất vào năm 1867 tại Xưởng sắt Cambria ở Johnstown, Pennsylvania.

Đường ray thép có tuổi thọ bền gấp mười lần so với đường ray sắt, và khi giá thép hạ xuống, các loại ray có trọng lượng nặng hơn đã được đưa vào sử dụng. Điều này cho phép vận hành những đầu máy mạnh mẽ hơn, kéo được những đoàn tàu dài hơn với các toa tàu có sức chứa lớn hơn, tất cả đã nâng cao đáng kể năng suất của ngành đường sắt. Đường sắt đã trở thành hình thái cơ sở hạ tầng giao thông thống trị khắp thế giới công nghiệp hóa, tạo ra sự sụt giảm liên tục về chi phí vận chuyển trong suốt phần còn lại của thế kỷ.

Cơ sở lý thuyết và thực nghiệm cho việc khai thác và làm chủ điện năng được đặt nền móng bởi nhà khoa học kiêm nhà thực nghiệm Michael Faraday. Thông qua các nghiên cứu về từ trường xung quanh một vật dẫn mang dòng điện một chiều, Faraday đã thiết lập nền tảng cho khái niệm điện từ trường trong vật lý học. Những phát minh của ông về các thiết bị quay điện từ chính là nền móng cho việc ứng dụng thực tế của điện năng trong công nghệ.

Năm 1881, Ngài Joseph Swan, người phát minh ra bóng đèn sợi đốt khả thi đầu tiên, đã cung cấp khoảng 1.200 bóng đèn sợi đốt Swan cho Nhà hát Savoy tại Westminster, Luân Đôn, nhà hát này trở thành nhà hát đầu tiên và cũng là tòa nhà công cộng đầu tiên trên thế giới được chiếu sáng hoàn toàn bằng điện năng. Bóng đèn của Swan trước đó đã được sử dụng vào năm 1879 để chiếu sáng phố Mosley tại Newcastle upon Tyne, công trình chiếu sáng đường phố bằng điện đầu tiên trên thế giới. Điều này đã tạo tiền đề cho quá trình điện khí hóa công nghiệp và sinh hoạt gia đình. Trạm phát và phân phối điện trung tâm quy mô lớn đầu tiên được khánh thành tại Holborn Viaduct ở Luân Đôn vào năm 1882 và sau đó là tại Trạm Pearl Street ở Thành phố New York.

Nhà máy điện hiện đại đầu tiên trên thế giới được xây dựng bởi kỹ sư điện người Anh Sebastian de Ferranti tại Deptford. Được xây dựng ở quy mô chưa từng có và tiên phong ứng dụng dòng điện xoay chiều điện áp cao (10.000V), nhà máy phát ra công suất 800 kilowatt cung cấp cho khu vực trung tâm Luân Đôn. Khi hoàn thành vào năm 1891, trạm cung cấp nguồn điện xoay chiều cao thế, sau đó được "hạ áp" bằng các máy biến áp để phục vụ người tiêu dùng tại từng đường phố. Điện khí hóa đã mở đường cho các bước phát triển then chốt cuối cùng trong các phương thức sản xuất của cuộc Cách mạng Công nghiệp lần thứ hai, cụ thể là dây chuyền lắp ráp và sản xuất hàng loạt.

Điện khí hóa từng được Viện Hàn lâm Kỹ thuật Quốc gia Hoa Kỳ ca ngợi là "thành tựu kỹ thuật quan trọng nhất của thế kỷ 20". Chiếu sáng bằng điện trong các nhà máy đã cải thiện vượt bậc điều kiện làm việc, loại bỏ nhiệt lượng và khói bụi độc hại do đèn khí đốt gây ra, đồng thời giảm thiểu nguy cơ hỏa hoạn đến mức chi phí tiền điện chiếu sáng thường được bù đắp hoàn toàn bởi việc giảm phí bảo hiểm cháy nổ. Frank J. Sprague đã phát triển động cơ DC thành công đầu tiên vào năm 1886. Đến năm 1889, có tới 110 tuyến đường sắt đường phố chạy điện đã sử dụng thiết bị của ông hoặc đang trong giai đoạn triển khai. Tàu điện mặt đất đã trở thành cơ sở hạ tầng giao thông chủ lực trước năm 1920. Động cơ xoay chiều (động cơ không đồng bộ) được phát triển vào thập niên 1890 và nhanh chóng được đưa vào ứng dụng trong quá trình điện khí hóa công nghiệp. Điện khí hóa sinh hoạt gia đình mãi tới thập niên 1920 mới trở nên phổ biến, và ban đầu chỉ xuất hiện tại các đô thị. Đèn huỳnh quang thương mại chính thức được giới thiệu tại Hội chợ Thế giới 1939.

Điện khí hóa cũng cho phép sản xuất giá rẻ các hóa chất điện phân, chẳng hạn như nhôm, clo, natri hydroxide và magiê.

Việc sử dụng máy công cụ đã khởi phát từ cuộc Cách mạng Công nghiệp lần thứ nhất. Sự gia tăng của cơ giới hóa đòi hỏi nhiều linh kiện kim loại hơn, vốn thường được làm từ gang đúc hoặc sắt rèn trong khi gia công thủ công vừa thiếu chính xác, vừa chậm chạp và tốn kém chi phí. Một trong những máy công cụ đầu tiên là máy doa của John Wilkinson, cỗ máy đã doa chuẩn xác lỗ xylanh cho động cơ hơi nước đầu tiên của James Watt vào năm 1774. Những tiến bộ về độ chính xác của máy công cụ gắn liền với tên tuổi của Henry Maudslay và được hoàn thiện bởi Joseph Whitworth. Tiêu chuẩn hóa ren vít bắt đầu từ Henry Maudslay vào khoảng năm 1800, khi chiếc máy tiện tiện ren vít hiện đại biến các vít máy ren chữ V thành một mặt hàng thương mại thực tế.

Năm 1841, Joseph Whitworth đã sáng tạo ra một thiết kế mà thông qua việc được nhiều công ty đường sắt của Anh áp dụng, đã trở thành tiêu chuẩn máy công cụ cấp quốc gia đầu tiên trên thế giới mang tên Tiêu chuẩn Whitworth Anh Quốc (BSW). Trong suốt các thập niên 1840 đến 1860, tiêu chuẩn này cũng thường xuyên được áp dụng tại Hoa Kỳ và Canada, bên cạnh vô số tiêu chuẩn nội bộ của từng doanh nghiệp.

Tầm quan trọng của máy công cụ đối với sản xuất hàng loạt được minh chứng qua thực tế rằng dây chuyền sản xuất mẫu xe Ford Model T đã sử dụng tới 32.000 máy công cụ, phần lớn trong số đó chạy bằng điện.Henry Ford từng phát biểu rằng sản xuất hàng loạt sẽ không thể thực hiện được nếu không có điện năng, vì điện cho phép bố trí máy công cụ và các trang thiết bị khác theo đúng trình tự của luồng công việc.

Máy sản xuất giấy đầu tiên là Máy Fourdrinier, do hai anh em Sealy và Henry Fourdrinier, những người kinh doanh văn phòng phẩm tại Luân Đôn chế tạo. Năm 1800, Matthias Koops, khi làm việc tại Luân Đôn, đã nghiên cứu ý tưởng sử dụng gỗ để làm giấy và bắt đầu công việc in ấn của mình một năm sau đó. Tuy nhiên, doanh nghiệp của ông đã thất bại do chi phí sản xuất quá đắt đỏ vào thời điểm bấy giờ.

Đến thập niên 1840, cả Charles Fenerty tại Nova Scotia và Friedrich Gottlob Keller tại Saxony đều đồng thời phát minh thành công loại máy tách sợi xenluloza từ gỗ (tương tự như với giẻ rách) và dùng nó để làm giấy. Phát minh này đã mở ra một kỷ nguyên mới cho ngành sản xuất giấy, và kết hợp với phát minh ra bút máy cùng bút chì sản xuất hàng loạt trong cùng thời kỳ, cũng như sự xuất hiện của máy in xoay chạy bằng hơi nước, giấy làm từ bột gỗ đã tạo ra sự chuyển biến to lớn cho nền kinh tế và xã hội thế kỷ 19 tại các quốc gia công nghiệp hóa. Nhờ nguồn giấy giá rẻ hơn, sách giáo khoa, tiểu thuyết, và báo chí dần trở nên phổ biến rộng rãi cho đến năm 1900. Giấy gỗ giá rẻ cũng tạo điều kiện cho việc viết nhật ký cá nhân hay gửi thư từ, và vì thế đến năm 1850, nghề thư ký hay người chép văn thư không còn là công việc có vị thế xã hội cao nữa. Đến thập niên 1880, các quy trình hóa học trong sản xuất giấy bắt đầu được áp dụng và trở thành phương thức thống trị vào năm 1900.

Ngành công nghiệp dầu mỏ, bao gồm cả khai thác và lọc hóa dầu, bắt đầu vào năm 1848 với các cơ sở lọc dầu đầu tiên tại Scotland. Nhà hóa học James Young đã thành lập một cơ sở kinh doanh nhỏ tinh chế dầu thô vào năm 1848. Young nhận thấy rằng thông qua quá trình chưng cất chậm, ông có thể thu được nhiều chất lỏng hữu ích từ dầu mỏ, một trong số đó được ông đặt tên là "dầu paraffine" vì ở nhiệt độ thấp nó đông đặc lại thành một chất giống như sáp parafin. Năm 1850, Young đã xây dựng xưởng sản xuất dầu và nhà máy lọc dầu thương mại thực thụ đầu tiên trên thế giới tại Bathgate, sử dụng dầu chiết xuất từ quặng torbanite, đá phiến dầu và than bitum khai thác tại địa phương để sản xuất naphtha và dầu bôi trơn; sáp parafin dùng làm nhiên liệu và parafin thể rắn mãi tới năm 1856 mới bắt đầu được bán ra.

Kỹ thuật khoan đập bằng cáp đã được phát triển tại Trung Quốc cổ đại và từng được sử dụng để khoan các giếng nước muối. Các vòm muối ngầm này cũng chứa khí tự nhiên, vốn được một số giếng khai thác để phục vụ việc đun bay hơi nước muối. Công nghệ khoan giếng của Trung Quốc được du nhập vào châu Âu vào năm 1828.

Mặc dù có nhiều nỗ lực khoan tìm dầu diễn ra vào giữa thế kỷ 19, giếng dầu năm 1859 của Edwin Drake gần Titusville, Pennsylvania, được coi là "giếng dầu hiện đại" đầu tiên. Giếng dầu của Drake đã châm ngòi cho một cơn bùng nổ khai thác dầu mỏ lớn tại Hoa Kỳ. Drake đã học hỏi kỹ thuật khoan đập bằng cáp từ các công nhân người Hoa tại Hoa Kỳ. Sản phẩm chủ lực đầu tiên thu được là dầu hỏa dùng cho đèn thắp sáng và lò sưởi. Những diễn biến phát triển tương tự quanh khu vực Baku đã cung ứng nhiên liệu cho thị trường châu Âu.

Thắp sáng bằng đèn dầu hỏa đạt hiệu quả cao hơn và ít tốn kém hơn nhiều so với việc dùng dầu thực vật, mỡ động vật hay dầu cá voi. Mặc dù hệ thống đèn khí đốt đô thị đã có mặt tại một số thành phố, dầu hỏa mang lại ánh sáng rực rỡ hơn cho đến khi chụp đèn lưới khí được phát minh. Cả hai phương thức thắp sáng này sau đó đều bị thay thế bởi điện năng trong chiếu sáng đường phố từ sau thập niên 1890 và trong các hộ gia đình từ thập niên 1920. Xăng từng là một phụ phẩm không mong muốn của quá trình lọc dầu cho đến khi ô tô được sản xuất hàng loạt sau năm 1914, và tình trạng khan hiếm xăng đã xuất hiện trong Thế chiến I. Việc phát minh ra Quy trình Burton phục vụ quá trình cracking nhiệt đã làm tăng gấp đôi sản lượng xăng thu được, giúp giải tỏa cơn khát nhiên liệu này.

Phẩm màu tổng hợp được phát hiện bởi nhà hóa học người Anh William Henry Perkin vào năm 1856. Vào thời điểm đó, hóa học vẫn ở trong tình trạng khá sơ khai; việc xác định cấu trúc sắp xếp của các nguyên tố trong hợp chất vẫn là một bài toán hóc búa và nền công nghiệp hóa chất mới chỉ chập chững bước đầu. Khám phá tình cờ của Perkin là anilin có thể bị biến đổi một phần thành một hỗn hợp thô mà khi chiết xuất bằng cồn sẽ tạo ra một hợp chất có màu tím đậm rực rỡ. Ông đã nâng quy mô sản xuất chất "mauveine" mới này và thương mại hóa nó thành phẩm màu tổng hợp đầu tiên trên thế giới.

Sau sự phát hiện ra mauveine, hàng loạt thuốc nhuộm anilin mới đã xuất hiện (một số do chính Perkin tìm ra), và các nhà máy sản xuất chúng đã mọc lên trên khắp châu Âu. Càng về cuối thế kỷ, Perkin và các công ty của Anh nhận thấy những nỗ lực nghiên cứu và phát triển của họ ngày càng bị lu mờ trước ngành công nghiệp hóa chất của Đức.

Thời kỳ này chứng kiến sự ra đời của các con tàu hiện đại khi những tiến bộ công nghệ riêng lẻ bắt đầu hội tụ lại với nhau.

Chân vịt dẫn động được đưa vào ứng dụng năm 1835 bởi Francis Pettit Smith, người đã tình cờ phát hiện ra một phương pháp chế tạo chân vịt mới. Cho đến trước thời điểm đó, chân vịt thực chất là các trục xoắn ốc có chiều dài rất lớn. Nhưng trong quá trình chạy thử một chiếc thuyền được đẩy bằng loại trục xoắn này, chiếc đinh xoắn đã bị gãy đôi, để lại một đoạn gãy có hình dáng gần giống với chân vịt tàu thủy hiện đại. Đáng ngạc nhiên là con thuyền lại di chuyển nhanh hơn với phần chân vịt bị gãy đó. Ưu thế vượt trội của chân vịt so với bánh guồng đã nhanh chóng được hải quân các nước đón nhận. Những cuộc thử nghiệm với tàu SS Archimedes của Smith, con tàu chạy bằng hơi nước đầu tiên dùng chân vịt xoắn đã dẫn tới cuộc thi kéo co nổi tiếng vào năm 1845 giữa tàu chiến dùng chân vịt HMS Rattler và tàu hơi nước dùng bánh guồng HMS Alecto; trong đó tàu Rattler đã kéo giật lùi tàu Alecto với vận tốc 2,5 hải lý/giờ (4,6 km/h).

Chiếc tàu hơi nước vỏ sắt đi biển đầu tiên được đóng bởi Xưởng sắt Horseley mang tên Aaron Manby. Con tàu này cũng ứng dụng một động cơ dao động sáng tạo để tạo lực đẩy. Thân tàu được chế tạo tại Tipton bằng các bu-lông tạm thời, tháo rời để vận chuyển tới Luân Đôn, và được tán đinh vĩnh viễn để lắp ráp hoàn chỉnh lại ngay trên dòng sông Thames vào năm 1822.

Các bước phát triển công nghệ khác tiếp tục nối tiếp, bao gồm phát minh về bình ngưng tụ bề mặt, cho phép nồi hơi vận hành bằng nước ngọt tinh khiết thay vì nước biển mặn, loại bỏ nhu cầu phải dừng tàu định kỳ để cạo cặn nồi hơi trong các chuyến hải hành dài ngày. Con tàu Great Western, do kỹ sư Isambard Kingdom Brunel thiết kế, là con tàu dài nhất thế giới thời bấy giờ với chiều dài 236 ft (72 m) cùng một sống tàu dài 250 foot (76 m), đồng thời là con tàu đầu tiên chứng minh rằng các tuyến tàu hơi nước định kỳ xuyên Đại Tây Dương là hoàn toàn khả thi. Thân tàu chủ yếu làm bằng gỗ, nhưng Brunel đã gia cố thêm bằng các bu-lông và thanh giằng sắt bắt chéo để giữ vững độ cứng chắc của sống tàu. Ngoài các bánh guồng chạy bằng hơi nước, tàu còn mang thêm bốn cột buồm.

Brunel tiếp nối thành công này với tàu Great Britain, hạ thủy năm 1843 và được coi là con tàu hiện đại đầu tiên được đóng hoàn toàn bằng kim loại thay vì gỗ, vận hành bằng động cơ thay cho sức gió hay mái chèo, và được đẩy bằng chân vịt thay cho bánh guồng. Tầm nhìn và những đột phá kỹ thuật của Brunel đã biến việc chế tạo các tàu hơi nước cỡ lớn bằng kim loại hoàn toàn chạy chân vịt thành hiện thực, song các điều kiện kinh tế và công nghiệp thời bấy giờ đồng nghĩa với việc phải mất vài thập kỷ sau đó thì ngành du lịch tàu biển vượt đại dương mới thực sự trở thành một ngành công nghiệp vững mạnh.

Những động cơ hơi nước giãn nở nhiều giai đoạn đạt hiệu suất rất cao bắt đầu được lắp đặt trên tàu bè, cho phép tàu chở ít than đốt hơn và dành chỗ cho nhiều hàng hóa hơn. Động cơ dao động lần đầu tiên được chế tạo bởi Aaron Manby và Joseph Maudslay vào thập niên 1820 như một dạng động cơ tác động trực tiếp nhằm giảm bớt kích thước và trọng lượng máy. Động cơ dao động có các cần piston kết nối thẳng vào trục khuỷu, loại bỏ sự cần thiết của các thanh truyền (tay biên). Để đạt được mục tiêu này, các xylanh của động cơ không đứng yên như ở phần lớn các động cơ thông thường, mà được cố định ở phần giữa bằng các ngõng trục cho phép chính các khối xylanh có thể đung đưa lắc qua lắc lại khi trục khuỷu quay, chính vì vậy nó được gọi là động cơ dao động.

Chính John Penn, một kỹ sư phục vụ trong Hải quân Hoàng gia Anh, là người đã hoàn thiện động cơ dao động. Một trong những động cơ đầu tay của ông là động cơ dầm "châu chấu". Năm 1844, ông đã thay thế động cơ của du thuyền thuộc Bộ Hải quân, tàu HMS Black Eagle, bằng động cơ dao động có công suất tăng gấp đôi mà không làm tăng trọng lượng hay thể tích chiếm chỗ, thành tựu này đã phá vỡ thế độc quyền cung ứng cho hải quân của các hãng Boulton & Watt và Maudslay, Son & Field. Penn cũng giới thiệu động cơ kiểu trục rỗng để dẫn động chân vịt trên các tàu chiến. Tàu HMS Encounter (1846) và HMS Arrogant (1848) là những con tàu đầu tiên được trang bị loại động cơ này, và hiệu quả của chúng lớn đến mức tính đến thời điểm Penn qua đời vào năm 1878, các động cơ này đã được lắp đặt trên 230 con tàu, trở thành những động cơ hàng hải tốc độ quay cao, áp suất cao được sản xuất hàng loạt đầu tiên. &

Cuộc cách mạng trong thiết kế hải quân đã dẫn tới sự xuất hiện của những chiếc thiết giáp hạm hiện đại đầu tiên vào thập niên 1870, phát triển từ thiết kế tàu bọc sắt của thập niên 1860. Các tàu tháp pháo thuộc lớp Devastation được chế tạo cho Hải quân Hoàng gia Anh với tư cách là lớp tàu chiến chủ lực đi biển vượt đại dương đầu tiên không còn mang cột buồm, và là lớp tàu đầu tiên có toàn bộ vũ khí chính được bố trí trên mặt boong thay vì đặt bên trong mạn tàu.

Quá trình lưu hóa cao su, do nhà sáng chế người Mỹ Charles Goodyear và kỹ sư người Anh Thomas Hancock tìm ra vào thập niên 1840, đã mở đường cho sự phát triển của ngành công nghiệp cao su, đặc biệt là sản xuất lốp xe cao su.

John Boyd Dunlop đã phát triển chiếc lốp khí nén thực tế đầu tiên vào năm 1887 tại Nam Belfast. Willie Hume đã chứng minh tính ưu việt của lốp khí nén mới phát minh của Dunlop vào năm 1889 khi giành chiến thắng trong những cuộc đua xe đạp đầu tiên sử dụng loại lốp này tại Ireland và sau đó là ở Anh. Phát minh lốp khí nén của Dunlop xuất hiện vào một thời điểm mang tính bước ngoặt trong sự phát triển của ngành giao thông đường bộ, và hoạt động sản xuất thương mại bắt đầu từ cuối năm 1890.

Chiếc xe đạp hiện đại được thiết kế bởi kỹ sư người Anh Harry John Lawson vào năm 1876, mặc dù chính John Kemp Starley mới là người chế tạo thành công chiếc xe đạp an toàn đầu tiên đạt được thắng lợi thương mại vài năm sau đó. Sự phổ biến của nó nhanh chóng gia tăng, dẫn tới cơn sốt xe đạp vào thập niên 1890.

Mạng lưới đường bộ được cải thiện vượt bậc trong thời kỳ này nhờ áp dụng phương pháp macadam do kỹ sư người Scotland John Loudon McAdam khởi xướng, và những con đường rải mặt cứng đã được xây dựng rầm rộ vào khoảng thời gian diễn ra cơn sốt xe đạp những năm 1890. Vật liệu trải đường tarmac hiện đại đã được kỹ sư công chính người Anh Edgar Purnell Hooley đăng ký bằng sáng chế vào năm 1901.

Nhà phát minh người Đức Karl Benz đã đăng ký bằng sáng chế cho chiếc ô tô đầu tiên trên thế giới vào năm 1886. Chiếc xe nổi bật với các bánh xe nan hoa bằng kim loại (khác với bánh xe gỗ của xe ngựa kéo) cùng khối động cơ bốn kỳ do chính ông thiết kế đặt giữa hai bánh sau, trang bị hệ thống đánh lửa cuộn cảm rất tiên tiến và làm mát bằng bay hơi nước thay cho bộ tản nhiệt. Công suất được truyền qua hai cụm xích con lăn tới trục sau. Đây là chiếc ô tô đầu tiên được thiết kế trọn vẹn ngay từ đầu để tự sản sinh công suất chuyển động, chứ không đơn thuần chỉ là một cỗ xe ngựa hay xe bưu chính gắn thêm động cơ.

Benz bắt đầu bán mẫu xe này ra thị trường với tên gọi Benz Patent Motorwagen vào cuối mùa hè năm 1888, biến nó thành chiếc ô tô thương mại đầu tiên trong lịch sử.

Henry Ford đã chế tạo chiếc ô tô đầu tiên của mình vào năm 1896 và trở thành người tiên phong trong ngành công nghiệp này cùng các cộng sự. những người sau này cũng thành lập các công ty riêng cho đến khi Công ty Ford Motor được thành lập vào năm 1903. Ford cùng các đồng sự trong công ty đã nỗ lực tìm kiếm các giải pháp mở rộng quy mô sản xuất để hiện thực hóa tầm nhìn của Henry Ford: chế tạo một chiếc xe hơi được thiết kế và sản xuất ở quy mô sao cho mọi người lao động bình thường đều có thể mua được. Giải pháp mà Ford Motor đưa ra là thiết kế lại toàn bộ nhà máy với các máy công cụ và máy móc chuyên dụng được bố trí một cách có hệ thống theo đúng trình tự của dây chuyền làm việc. Mọi cử động thừa của con người đều bị loại bỏ bằng cách đặt phôi liệu và công cụ trong tầm với thuận tiện nhất, và ở những khâu khả thi thì sử dụng băng chuyền, từ đó định hình nên dây chuyền lắp ráp, toàn bộ quy trình này được gọi là sản xuất hàng loạt. Đây là lần đầu tiên trong lịch sử, một sản phẩm lớn, phức tạp gồm 5.000 linh kiện được sản xuất ở quy mô hàng trăm ngàn chiếc mỗi năm. Chi phí tiết kiệm từ các phương pháp sản xuất hàng loạt cho phép hạ giá thành chiếc Model T từ 780 đô la năm 1910 xuống còn 360 đô la năm 1916. Năm 1924, 2 triệu chiếc xe Ford chữ T đã được xuất xưởng và bán lẻ với giá chỉ 290 đô la mỗi chiếc. ($5,32 nghìn tính theo giá trị đồng USD năm 2022)

Khoa học ứng dụng đã mở ra vô số cơ hội mới. Đến giữa thế kỷ 19, hiểu biết khoa học về hóa học và các nguyên lý cơ bản của nhiệt động lực học đã được định hình, và vào quý cuối cùng của thế kỷ, cả hai ngành khoa học này đã đạt tới dạng thức nền tảng gần như hiện đại. Các nguyên lý nhiệt động lực học được ứng dụng vào sự phát triển của hóa lý. Hiểu biết sâu sắc về hóa học đã hỗ trợ đắc lực cho sự phát triển của ngành sản xuất hóa chất vô cơ cơ bản và ngành công nghiệp thuốc nhuộm anilin.

Ngành khoa học luyện kim đã đạt được những bước tiến dài thông qua công trình của Henry Clifton Sorby cùng các học giả khác. Sorby là người tiên phong trong lĩnh vực kim tương học, tức nghiên cứu kim loại dưới kính hiển vi, mở đường cho hiểu biết khoa học về bản chất của kim loại và quá trình sản xuất thép hàng loạt. Năm 1863, ông đã sử dụng phương pháp ăn mòn bằng axit để quan sát cấu trúc vi mô của kim loại và là người đầu tiên nhận ra rằng một lượng carbon nhỏ nhưng chuẩn xác chính là yếu tố tạo nên độ cứng cho thép. Điều này đã mở đường cho Henry Bessemer và Robert Forester Mushet hoàn thiện phương pháp sản xuất thép hàng loạt.

Nhiều quy trình kỹ thuật khác đã được phát triển để tinh chế các nguyên tố như crom, molypden, titan, vanadi và niken, vốn có thể dùng để chế tạo các hợp kim mang đặc tính chuyên biệt, đặc biệt là khi kết hợp với thép. Chẳng hạn, thép vanadi có độ bền cao và khả năng chống mỏi vượt trội, từng được sử dụng trong một nửa lượng thép sản xuất ô tô. Thép hợp kim được sử dụng để chế tạo các vòng bi (bạc đạn). Chi tiết này được ứng dụng trong sản xuất xe đạp quy mô lớn vào thập niên 1880. Vòng bi cầu và vòng bi đũa cũng bắt đầu được lắp đặt phổ biến trong các máy móc công nghiệp. Những hợp kim quan trọng khác được ứng dụng trong môi trường nhiệt độ cao, chẳng hạn như cánh tua-bin hơi nước, hay thép không gỉ để chống ăn mòn hóa học.

Các công trình của Justus von Liebig và August Wilhelm von Hofmann đã đặt nền móng cho ngành hóa học công nghiệp hiện đại. Liebig được tôn vinh là "cha đẻ của ngành công nghiệp phân bón" nhờ phát hiện ra nitơ là chất dinh dưỡng thiết yếu cho cây trồng, và ông tiếp tục sáng lập Công ty Chiết xuất Thịt Liebig chuyên sản xuất nước cốt thịt Oxo. Hofmann lãnh đạo một viện hóa học thực hành tại Luân Đôn mang tên Đại học Hóa học Hoàng gia, giới thiệu các quy ước hiện đại cho việc xây dựng mô hình phân tử và là người trực tiếp giảng dạy cho Perkin, người phát hiện ra phẩm màu tổng hợp đầu tiên.

Ngành hiệt động lực học đã được hoàn thiện thành dạng thức hiện đại nhờ công lao của Sadi Carnot, William Rankine, Rudolf Clausius, William Thomson, James Clerk Maxwell, Ludwig Boltzmann và J. Willard Gibbs. Những nguyên lý khoa học này đã được áp dụng vào hàng loạt vấn đề công nghiệp thực tiễn, bao gồm việc nâng cao hiệu suất của các lò hơi và tua bin hơi nước. Nghiên cứu của Michael Faraday cùng các nhà khoa học khác mang tính quyết định trong việc đặt nền tảng cho hiểu biết khoa học hiện đại về điện năng.

Nhà khoa học người Scotland James Clerk Maxwell có tầm ảnh hưởng đặc biệt khi những khám phá của ông đã mở ra kỷ nguyên của vật lý hiện đại. Thành tựu nổi bật nhất của ông là xây dựng một hệ phương trình miêu tả điện học, từ học và quang học như những biểu hiện khác nhau của cùng một hiện tượng, đó là trường điện từ. Sự hợp nhất giữa hiện tượng ánh sáng và điện học đã dẫn tới dự đoán về sự tồn tại của sóng vô tuyến và là cơ sở cho sự phát triển của công nghệ vô tuyến điện trong tương lai bởi Hughes, Marconi và nhiều người khác.

Chính Maxwell cũng là người phát triển bức ảnh màu bền vững đầu tiên vào năm 1861 và công bố công trình nghiên cứu khoa học đầu tiên về lý thuyết điều khiển. Lý thuyết điều khiển là nền tảng cho kiểm soát quá trình, vốn được ứng dụng rộng rãi trong tự động hóa, đặc biệt là trong các ngành công nghiệp chế biến, cũng như trong việc điều khiển tàu thủy và máy bay. Lý thuyết điều khiển ban đầu được phát triển để phân tích hoạt động của bộ điều tốc ly tâm trên các động cơ hơi nước. Những bộ điều tốc này đã được đưa vào sử dụng từ cuối thế kỷ 18 trên các cối xay gió và cối xay nước để căn chỉnh chuẩn xác khoảng cách giữa hai thớt cối xay, và đã được James Watt điều chỉnh cho thích ứng với động cơ hơi nước. Các phiên bản cải tiến sau đó được dùng để ổn định cơ cấu bám tự động của kính thiên văn và kiểm soát tốc độ của chân vịt cùng bánh lái tàu thủy. Tuy nhiên, các bộ điều tốc này thường có độ trễ và dao động quanh điểm đặt. James Clerk Maxwell đã công bố một bài báo phân tích toán học các chuyển động của bộ điều tốc, đánh dấu sự khởi đầu chính thức của lý thuyết điều khiển. Ngành khoa học này liên tục được hoàn thiện và phát triển thành một bộ môn kỹ thuật độc lập.

Justus von Liebig là người đầu tiên nhận ra tầm quan trọng của amoniac đối với phân bón, đồng thời nhấn mạnh vai trò của các khoáng chất vô cơ đối với dinh dưỡng cây trồng. Tại Anh, ông đã nỗ lực ứng dụng các lý thuyết của mình vào thương mại thông qua một loại phân bón được tạo ra bằng cách xử lý canxi phosphat trong bột xương với axit sulfuric. Một nhà tiên phong khác là John Bennet Lawes, người bắt đầu làm thí nghiệm về tác động của các loại phân bón khác nhau lên cây trồng trong chậu từ năm 1837, dẫn tới sự ra đời của một loại phân bón được sản xuất bằng cách cho phosphat phản ứng với axit sulfuric; đây chính là sản phẩm đầu tiên của ngành công nghiệp phân bón nhân tạo non trẻ.

Sự phát hiện các mỏ phân hóa thạch với trữ lượng thương mại lớn tại phía đông nước Anh đã thúc đẩy công ty Fisons và Edward Packard xây dựng một trong những nhà máy phân bón thương mại quy mô lớn đầu tiên tại Bramford và Snape vào thập niên 1850. Đến thập niên 1870, phân bón superphosphate sản xuất tại các nhà máy này đã được vận chuyển đi khắp thế giới từ cảng biển Ipswich.

Quy trình Birkeland–Eyde được phát triển bởi nhà công nghiệp kiêm nhà khoa học người Na Uy Kristian Birkeland cùng đối tác kinh doanh Sam Eyde vào năm 1903, nhưng nhanh chóng bị thay thế bởi Quy trình Haber có hiệu suất cao hơn nhiều, do các nhà hóa học từng đoạt giải Nobel là Carl Bosch thuộc tập đoàn IG Farben và Fritz Haber tại Đức phát triển. Quy trình này sử dụng khí nitơ phân tử (N₂) và khí metan (CH₄) trong một phản ứng tổng hợp amoniac (NH₃) bền vững về mặt kinh tế. Lượng amoniac tạo ra trong quy trình Haber là nguồn nguyên liệu thô chủ lực để sản xuất axit nitric.

Tua-bin hơi nước được phát minh bởi Ngài Charles Parsons vào năm 1884. Mẫu máy đầu tiên của ông được nối với một đinamô tạo ra 7,5 kW (10 mã lực) điện năng. Phát minh tua-bin hơi nước của Parsons đã biến nguồn điện dồi dào, giá rẻ thành hiện thực và tạo ra một cuộc cách mạng trong giao thông hàng hải và chiến tranh trên biển. Cho đến khi Parsons qua đời, tua-bin của ông đã được áp dụng cho hầu hết các nhà máy điện lớn trên thế giới. Khác với các động cơ hơi nước trước đây, tua-bin tạo ra chuyển động quay trực tiếp thay vì chuyển động tịnh tiến qua lại vốn đòi hỏi tay quay và bánh đà nặng nề. Cấu tạo nhiều tầng cánh của tua-bin mang lại hiệu suất nhiệt cao và giúp giảm tới 90% thể tích thiết bị. Ứng dụng đầu tiên của tua-bin là trong ngành hàng hải, tiếp theo là phục vụ phát điện vào năm 1903.

Động cơ đốt trong đầu tiên được ứng dụng rộng rãi là động cơ kiểu Otto năm 1876. Từ thập niên 1880 cho đến thời kỳ điện khí hóa, nó gặt hái thành công lớn trong các xưởng cơ khí nhỏ vì động cơ hơi nước loại nhỏ thường kém hiệu quả và đòi hỏi quá nhiều sự chú ý của người vận hành. Động cơ Otto nhanh chóng được dùng để tạo lực kéo cho ô tô, và vẫn là dạng động cơ xăng phổ biến cho đến tận ngày nay.

Động cơ diesel được thiết kế độc lập bởi Rudolf Diesel và Herbert Akroyd Stuart vào thập niên 1890, vận dụng các nguyên lý nhiệt động lực học với mục đích rõ ràng là đạt được hiệu suất nhiệt cực cao. Phải mất nhiều năm để hoàn thiện và trở nên phổ biến, song nó đã tìm thấy ứng dụng trong vận tải biển trước khi được lắp cho các đầu máy xe lửa. Cho đến nay, đây vẫn là cỗ máy sinh công động lực hiệu quả nhất thế giới.

Hệ thống điện báo thương mại đầu tiên được lắp đặt bởi Ngài William Fothergill Cooke và Charles Wheatstone vào tháng 5 năm 1837 giữa Ga đường sắt Euston và Camden Town tại Luân Đôn.

Sự mở rộng nhanh chóng của mạng lưới điện báo đã diễn ra trong suốt thế kỷ, với tuyến cáp điện báo dưới biển đầu tiên được John Watkins Brett thi công nối giữa Pháp và Anh. Công ty Điện báo Đại Tây Dương được thành lập tại Luân Đôn vào năm 1856 để triển khai lắp đặt tuyến cáp điện báo thương mại vượt Đại Tây Dương. Công trình này được hoàn thành thành công vào ngày 18 tháng 7 năm 1866 bởi con tàu SS Great Eastern, do thuyền trưởng Ngài James Anderson chỉ huy sau nhiều sự cố dọc hành trình. Từ thập niên 1850 cho đến năm 1911, hệ thống cáp ngầm của Anh đã thống trị mạng lưới liên lạc toàn cầu. Đây là một mục tiêu chiến lược chính thức được vạch ra, thường được biết đến với tên gọi All Red Line.

Điện thoại được cấp bằng sáng chế vào năm 1876 cho Alexander Graham Bell, và cũng giống như điện báo thời kỳ đầu, nó chủ yếu được dùng để đẩy nhanh các giao dịch thương mại.

Như đã đề cập ở trên, một trong những tiến bộ khoa học quan trọng nhất trong lịch sử nhân loại là sự thống nhất giữa ánh sáng, điện học và từ học thông qua thuyết điện từ của Maxwell. Hiểu biết khoa học về điện năng là điều kiện tiên quyết cho sự phát triển của các máy phát điện, động cơ điện và máy biến áp có hiệu suất cao. Cả David Edward Hughes và Heinrich Hertz đều đã chứng minh và xác nhận hiện tượng sóng điện từ vốn từng được Maxwell dự đoán trên lý thuyết.

Chính nhà phát minh người Ý Guglielmo Marconi là người đã thương mại hóa thành công công nghệ vô tuyến điện vào thời điểm chuyển giao thế kỷ. Ông thành lập Công ty Điện báo & Tín hiệu Không dây tại Anh vào năm 1897 và ngay trong năm đó đã truyền tín hiệu mã Morse băng qua Đồng bằng Salisbury, thực hiện cuộc liên lạc không dây đầu tiên qua biển khơi và thực hiện thành công phiên truyền tín hiệu xuyên Đại Tây Dương đầu tiên vào năm 1901 từ Poldhu, Cornwall đến Signal Hill, Newfoundland và Labrador. Marconi đã xây dựng các trạm phát sóng công suất cao ở cả hai bờ Đại Tây Dương và bắt đầu cung cấp dịch vụ thương mại phát các bản tin tóm tắt hàng đêm cho các tàu biển đăng ký thuê bao vào năm 1904.

Bước phát triển then chốt của bóng chân không do Ngài John Ambrose Fleming chế tạo vào năm 1904 đã tạo bệ phóng cho sự phát triển của ngành điện tử hiện đại và phát thanh truyền thanh. Phát minh tiếp theo về đèn ba cực của Lee De Forest cho phép khuếch đại các tín hiệu điện tử tử tế, mở đường cho ngành phát thanh bùng nổ vào thập niên 1920.

Ngành đường sắt được các học giả như Alfred Chandler ghi nhận là nhân tố khai sinh ra doanh nghiệp kinh doanh hiện đại. Trước đây, ban quản lý của hầu hết các doanh nghiệp chỉ bao gồm các chủ sở hữu cá nhân hoặc nhóm đối tác, một số người trong đó thường ít khi trực tiếp tham gia sâu vào các công việc vận hành thường nhật. Năng lực quản lý tập trung tại văn phòng chính là không đủ. Một tuyến đường sắt đòi hỏi chuyên môn kỹ thuật phải luôn hiện diện dọc theo toàn bộ chiều dài tuyến ray để xử lý các cuộc khủng hoảng phát sinh hàng ngày, sự cố hỏng hóc và thời tiết xấu. Một vụ va chạm tàu hỏa tại Massachusetts vào năm 1841 đã làm dấy lên hồi chuông kêu gọi cải cách an toàn. Điều này dẫn tới việc tái cơ cấu ngành đường sắt thành các phòng ban chức năng khác nhau với ranh giới quyền hạn quản lý rõ ràng. Khi máy điện báo ra đời, các công ty đã cho dựng các đường dây điện báo dọc theo các tuyến đường sắt để kiểm soát hành trình di chuyển của các đoàn tàu.

Hoạt động đường sắt đòi hỏi quy trình tác nghiệp phức tạp, sử dụng lượng tư bản đầu tư cực lớn và vận hành công việc kinh doanh tinh vi hơn bất kỳ ngành nghề nào từng có trước đó. Do đó, họ cần những phương thức theo dõi chi phí tốt hơn. Chẳng hạn, để tính toán giá cước, họ cần biết chi phí để vận chuyển một tấn hàng trên mỗi dặm (ton-mile). Họ cũng cần phải theo dõi vị trí của các toa xe chở hàng, vốn có thể thất lạc hàng tháng trời trong quá trình luân chuyển. Điều này dẫn tới sự ra đời của cái gọi là "kế toán đường sắt", phương pháp sau đó được ngành thép cùng các ngành công nghiệp khác tiếp thu, và cuối cùng phát triển thành ngành kế toán hiện đại.

Về sau trong cuộc Cách mạng Công nghiệp lần thứ hai, Frederick Winslow Taylor cùng các chuyên gia khác tại Mỹ đã phát triển khái niệm quản lý khoa học hay Chủ nghĩa Taylor. Quản lý theo khoa học ban đầu tập trung vào việc tinh giảm các thao tác thừa khi thực hiện công việc (như đặt gạch hay xúc vật liệu) bằng các phân tích nghiên cứu thời gian và chuyển động, song các khái niệm này đã dần phát triển thành những chuyên ngành độc lập như kỹ thuật công nghiệp, kỹ thuật chế tạo và quản trị kinh doanh, giúp tái cấu trúc hoàn toàn phương thức vận hành của các nhà máy, và sau này là toàn bộ các phân khúc của nền kinh tế.

Các nguyên lý cốt lõi của Taylor bao gồm:

- Thay thế các phương pháp làm việc theo kinh nghiệm ước chừng bằng các phương pháp dựa trên nghiên cứu khoa học đối với từng tác vụ - Tuyển chọn, đào tạo và phát triển năng lực của từng nhân viên một cách khoa học thay vì phó mặc để họ tự xoay xở học hỏi - Đưa ra "hướng dẫn chi tiết và giám sát chặt chẽ đối với từng công nhân trong quá trình thực hiện nhiệm vụ cụ thể của họ" - Phân chia công việc đồng đều giữa cấp quản lý và người lao động, theo đó cấp quản lý áp dụng các nguyên lý quản lý khoa học vào việc lập kế hoạch công việc và công nhân là những người trực tiếp thực thi các nhiệm vụ đó

Giai đoạn từ năm 1870 đến 1890 chứng kiến sự bứt phá tăng trưởng kinh tế mạnh mẽ nhất trong một khoảng thời gian ngắn so với bất kỳ thời kỳ nào trước đó trong lịch sử. Mức sống được cải thiện rõ rệt tại các quốc gia mới công nghiệp hóa khi giá cả hàng hóa sụt giảm sâu nhờ sự gia tăng năng suất. Điều này gây ra tình trạng thất nghiệp và những xáo trộn lớn trong thương mại và công nghiệp, khi nhiều lao động bị máy móc thay thế và hàng loạt nhà máy, tàu thuyền cùng các hình thức tư bản cố định khác rơi vào cảnh lỗi thời chỉ trong một khoảng thời gian rất ngắn.

"Những biến chuyển kinh tế diễn ra trong suốt một phần tư thế kỷ vừa qua—hay trong thế hệ của những con người đang sống hôm nay—không thể bàn cãi là quan trọng và đa dạng hơn bất kỳ thời kỳ nào trong lịch sử nhân loại".

Mất mùa không còn dẫn đến nạn đói tại các khu vực được kết nối với những thị trường lớn thông qua cơ sở hạ tầng giao thông vận tải.

Những cải thiện vượt bậc về y tế và vệ sinh môi trường bắt nguồn từ các sáng kiến sức khỏe cộng đồng, chẳng hạn như công trình xây dựng hệ thống cống ngầm Luân Đôn vào thập niên 1860 và việc ban hành các đạo luật kiểm soát nguồn cung cấp nước lọc lần đầu tiên đưa ra các quy định quản lý đối với các công ty cấp nước tại Luân Đôn vào năm 1852, bao gồm việc thiết lập các tiêu chuẩn tối thiểu về chất lượng nước). Những biện pháp này đã giúp giảm mạnh tỷ lệ nhiễm bệnh và tử vong do nhiều loại dịch bệnh gây ra.

Đến năm 1870, công cơ học do các động cơ hơi nước thực hiện đã vượt qua công từ sức người và động vật gộp lại. Ngựa và la vẫn giữ vai trò quan trọng trong nông nghiệp cho đến khi máy kéo dùng động cơ đốt trong ra đời vào giai đoạn cuối của cuộc Cách mạng Công nghiệp lần thứ hai.

Những bước tiến về hiệu suất của động cơ hơi nước, tiêu biểu như động cơ hơi nước giãn nở ba giai đoạn, cho phép tàu thủy chuyên chở nhiều hàng hóa hơn than đốt, từ đó làm tăng mạnh quy mô thương mại quốc tế. Hiệu suất nhiệt của động cơ hơi nước cao hơn đã thúc đẩy số lượng động cơ hơi nước gia tăng gấp nhiều lần, kéo theo tổng lượng than đá tiêu thụ tăng lên, hiện tượng này được gọi là Nghịch lý Jevons.

Đến năm 1890, một mạng lưới điện báo quốc tế đã hình thành, cho phép các thương nhân tại Anh hoặc Hoa Kỳ đặt hàng trực tiếp từ các nhà cung ứng ở Ấn Độ và Trung Quốc để vận chuyển bằng những con tàu hơi nước kiểu mới có hiệu suất cao. Yếu tố này, kết hợp cùng sự khai thông của Kênh đào Suez, đã dẫn đến sự suy tàn của các khu phức hợp kho bãi khổng lồ ở Luân Đôn cũng như nhiều nơi khác, đồng thời loại bỏ phần lớn vai trò của các thương lái trung gian.

Sự gia tăng vượt bậc về năng suất, mạng lưới giao thông, sản lượng công nghiệp và sản lượng nông nghiệp đã kéo giá cả của hầu hết mọi mặt hàng giảm xuống. Điều này dẫn tới nhiều vụ phá sản doanh nghiệp và tạo ra những giai đoạn được gọi là trì trệ suy thoái, vốn lại diễn ra ngay trong lúc nền kinh tế toàn cầu trên thực tế vẫn đang tăng trưởng về quy mô.

Hệ thống công xưởng đã tập trung hóa hoạt động sản xuất vào các khu nhà xưởng biệt lập do những chuyên gia bỏ vốn đầu tư và trực tiếp điều hành (trái ngược với mô hình gia công tại nhà). Sự phân công lao động giúp cả lao động phổ thông lẫn lao động lành nghề đạt năng suất cao hơn, đồng thời dẫn tới sự tăng trưởng dân số nhanh chóng tại các trung tâm công nghiệp. Quá trình dịch chuyển cơ cấu từ nông nghiệp sang công nghiệp đã diễn ra ở Anh từ thập niên 1730, khi tỷ lệ dân số trong độ tuổi lao động làm nông nghiệp giảm xuống dưới 50%, một bước ngoặt mà ở những nơi khác (Vùng đất thấp) mãi tới thập niên 1830 và 1840 mới xuất hiện. Đến năm 1890, con số này tại Anh đã giảm xuống dưới 10% và đại đa số cư dân đã được đô thị hóa. Cột mốc này phải đến thập niên 1950 mới được các nước Vùng đất thấp và Hoa Kỳ chạm tới.

Tương tự như cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ nhất, cuộc cách mạng lần thứ hai đã hỗ trợ sự tăng trưởng dân số và chứng kiến hầu hết các chính phủ bảo hộ nền kinh tế quốc gia bằng hàng rào thuế quan. Riêng nước Anh vẫn duy trì niềm tin vào thương mại tự do trong suốt thời kỳ này. Tác động xã hội sâu rộng của cả hai cuộc cách mạng bao gồm việc tái định hình giai cấp công nhân khi các công nghệ mới xuất hiện. Những thay đổi này đã tạo ra một tầng lớp trung lưu đông đảo hơn và ngày càng mang tính chuyên nghiệp, sự suy giảm của lao động trẻ em cùng sự trỗi dậy mạnh mẽ của một nền văn hóa vật chất dựa trên tiêu dùng.

Đến năm 1900, các cường quốc dẫn đầu về sản lượng công nghiệp chế tạo là Anh với 24% tổng sản lượng toàn cầu, tiếp theo là Hoa Kỳ (19%), Đức (13%), Nga (9%) và Pháp (7%). Toàn châu Âu gộp lại chiếm 62%.

Các phát minh và đột phá sáng tạo của cuộc Cách mạng Công nghiệp lần thứ hai đã trở thành một phần không thể tách rời của đời sống hiện đại. Chúng tiếp tục đóng vai trò là động lực của nền kinh tế cho đến sau Thế chiến II. Một số đổi mới đáng chú ý thời hậu chiến bao gồm máy vi tính, chất bán dẫn, mạng cáp quang, Internet, điện thoại di động, tua-bin khí (động cơ phản lực) và cuộc Cách mạng Xanh. Mặc dù ngành hàng không thương mại đã xuất hiện từ trước Thế chiến II, nó chỉ thực sự trở thành một ngành công nghiệp quy mô lớn sau chiến tranh.

Đế chế Đức thay thế Anh quốc trở thành quốc gia dẫn đầu Châu Âu về công nghiệp. Có được vị trí này là nhờ ba yếu tố:

• Đức tiến hành công nghiệp hóa sau Anh, nên đúc rút những kinh nghiệm của nước Anh, tiết kiệm rất nhiều thời gian, tiền của và công sức. Cũng nhờ đi sau, Đức sử dụng những công nghệ mới nhất, trong khi đó, người Anh vẫn sử dụng những công nghệ đắt đỏ và lạc hậu, họ không thể (có thể cả không muốn) áp dụng những thành quả từ chính quá trình phát triển của họ.
• Trong lĩnh vực nghiên cứu và khoa học, người Đức đầu tư lớn hơn Anh.
• Hệ thống cartel kiểu Đức – liên minh độc quyền tập trung ở mức độ rất cao cho phép sử dụng hiệu quả nguồn tư bản linh động.
• Một số tin rằng bồi thường chiến phí từ Pháp sau khi đánh bại nước này trong Chiến tranh Pháp-Phổ 1870-1871 đã cung cấp vốn đầu tư cần thiết để cho phép đầu tư lớn vào cơ sở hạ tầng như đường xe lửa. Điều này cung cấp một thị trường rộng lớn cho các cải tiến sản phẩm thép và giao thông vận tải ngay khi hoàn thành. Sự sáp nhập vùng Alsace-Lorraine cũng mang lại cho nước Đức một số nhà máy lớn.

Ở Hoa Kỳ, Cách mạng công nghiệp lần thứ hai thường được liên kết với sự điện khí hóa của các nhà phát minh tiên phong Nikola Tesla, Thomas Alva Edison và George Westinghouse và trường phái quản lý bằng khoa học áp dụng bởi Frederick Winslow Taylor.

• Cách mạng công nghiệp
• Belle Époque

• Atkeson, Andrew; Kehoe, Patrick J. (2007). "Modeling the Transition to a New Economy: Lessons from Two Technological Revolutions". American Economic Review. 97 (1): 64–88.
• Appleby, Joyce Oldham (2010). The Relentless Revolution: A History of Capitalism.
• Beaudreau, Bernard C. (2006). The Economic Consequences of Mr. Keynes: How the Second Industrial Revolution Passed Great Britain.
• Bernal, J. D. (1970) [1953]. Science and Industry in the Nineteenth Century. Bloomington: Indiana University Press. ISBN 0-253-20128-4.
• Broadberry, Stephen; O'Rourke, Kevin H. (2010). The Cambridge Economic History of Modern Europe.
• Chandler, Alfred D. (1990). Scale and Scope: The Dynamics of Industrial Capitalism.
• Chant, Colin, biên tập (1989). Science, Technology and Everyday Life, 1870–1950.
• Hobsbawm, E. J. (1999). Industry and Empire: From 1750 to the Present Day. rev. and updated with Chris Wrigley (ấn bản thứ 2). New York: New Press. ISBN 1-56584-561-7.
• Hull, James O. (1996). "From Rostow to Chandler to You: How revolutionary was the second industrial revolution?". Journal of European Economic History. 25 (1): 191–208.
• Hunter, Louis C.; Bryant, Lynwood (1991). A History of Industrial Power in the United States, 1730–1930, Vol. 3: The Transmission of Power. Cambridge, MA: MIT Press. ISBN 978-0262081986.
• Kornblith, Gary (1997). The Industrial Revolution in America.
• Kranzberg, Melvin; Carroll W. Pursell Jr (1967). Technology in Western Civilization . New York: Oxford University Press.
• Landes, David (2003). The Unbound Prometheus: Technical Change and Industrial Development in Western Europe from 1750 to the Present (ấn bản thứ 2). New York: Cambridge University Press. ISBN 0-521-53402-X.
• Licht, Walter (1995). Industrializing America: The Nineteenth Century.
• Mokyr, Joel (1998). The Second Industrial Revolution, 1870–1914 (PDF).
• Mokyr, Joel (2010). The Enlightened Economy: An Economic History of Britain 1700–1850.
• Rider, Christine, biên tập (2007). Encyclopedia of the Age of the Industrial Revolution, 1700–1920.
• Roberts, Wayne (1980). "Toronto Metal Workers and the Second Industrial Revolution, 1889–1914". Labour / Le Travail. 6: 49–72.
• Roe, Joseph Wickham (1916). English and American Tool Builders. New Haven, Connecticut: Yale University Press. LCCN 16011753.
• Smil, Vaclav. Creating the Twentieth Century: Technical Innovations of 1867–1914 and Their Lasting Impact.
• White, Richard C. (2017). The Republic for Which It Stands. Oxford University Press.
• Wells, David A. (1891). Recent Economic Changes and Their Effect on Production and Distribution of Wealth and Well-Being of Society. New York: D. Appleton and Co. OCLC 8059838.