瓦特改良蒸汽机

    

    △詹姆斯·瓦特 瓦特改良蒸汽机是对近代科学和生产的巨大贡献，具有划时代的意义，它推动了第一次工业技术革命的兴起，促进了社会生产力的发展。

    ●时间：约1769年至1789年

    ●地点：英国

    ●关键人物：瓦特

    入选理由：

    工业革命可以看作是人类进入工业化时代的开始，而经过瓦特改良后的蒸汽机更为工业革命提供了动力之源，英国迅速发展成为“世界工厂”，人类从此进入“蒸汽时代”。

    

    ◇史海经典

    

    18世纪中期一个冬日的午后，在一个苏格兰的小镇上，一个文弱的孩子正守在炉子旁，呆呆地看着炉子上的水壶。水沸腾了，强大的水汽直往上冒，壶盖动了起来。水汽越来越多，越来越强，壶盖被顶了起来，直冲向炉子上方。

    不知过了多久，孩子的姨妈从外面进来，看到了满屋的蒸汽，而炉子旁边的孩子却不肯提一下水壶，生气地说：“詹姆斯，我从来没见过你这样的‘懒孩子’……你就不能去看看书，或者做些有意义的事吗?”

    “懒孩子”反问道：“姨妈，壶盖为什么会跳舞?”姨妈不解地摇了摇头。

    这个“懒孩子”就是詹姆斯·瓦特。

    ●坎坷的童年

    1736年，詹姆斯·瓦特出生在英国格拉斯哥市附近的一个小镇。他的祖父曾经是一位教师，教授数学、测量学和航海学。父亲原本是个造船工人，后来自己经营过造船业和建筑业，做过仪器制造家和商人，还曾经一度担任过小镇的地方行政官。他的母亲出身名门，聪明贤惠，生过5个孩子，瓦特是其中唯一的幸存者，但也体弱多病，小学没念完就退学在家。但小瓦特在母亲的引导下博览群书，自学各种知识，掌握了多门外语，打下了坚实的自然科学功底。瓦特还从父亲那里学习各种手艺，培养了很强的动手能力。

    瓦特17岁那年，他的父亲受轮船失事牵连而破产，家道一落千丈。面对穷途四壁，瓦特选择了外出谋生。他先在格拉斯哥一家钟表店里当学徒。他利用业余时间刻苦学习，掌握了很多工作原理。后来，瓦特又到伦敦等地去学艺。

    伦敦的冬天又阴又冷，晚上9点以后，屋子里更是冷如冰窖。工作了一整天的瓦特推开出租房简陋的门，疲乏地躺到床上，可是他稍微休息一下之后，又走到桌子跟前。桌子上放着一大堆拆洗了一半的仪器。瓦特啃了些干面包，喝了点水，马上又精神抖擞地干了起来，很快他就陶醉在工作之中，忘记了时间。这种夜以继日的苦干使瓦特掌握了过人的本领。他可以自己动手制造出各种技术要求较高的仪器，如罗盘、经纬仪等。经人介绍，瓦特21岁那年来到了格拉斯哥大学当教具实验员，负责修理和制造仪器。

    ●“万能蒸汽机”

    人类对蒸汽的认识和利用，经历了一个漫长的过程。早在公元前2世纪，古希腊人就发明过一种利用蒸汽喷射的反作用制造的发动机。1690年，法国人巴比首先发明了第一台活塞式蒸汽机，但他未能改进成实用的蒸汽机。1698年，英国的一位技师塞莱斯发明了实用的无活塞式蒸汽机，能应用在矿井中，被称为“矿山之友”，但受当时材料和技术的限制，无法推广。直到18世纪，英国的铁匠纽可门才制成第一台能把热能转变为机械能的较原始的蒸汽机。但是，这种蒸汽机结构不合理，耗煤多，活塞只能作往复运动，不能作旋转运动，因此热效能较低。

    工业发展对新动力日益突出的需求，推动了蒸汽机进一步地改良。这时，瓦特也开始研究改进蒸汽机。瓦特在大学修理仪器期间，学校曾经把一台旧式的纽可门蒸汽机交给他修理。他做了大量实验，并根据格拉斯哥大学教授布莱克提出的潜热、比热理论分析，对旧式蒸汽机进行了深入研究，找出了旧式机器效率低的主要原因：除了漏汽、散热等造成热量的浪费外，它的主要缺陷在于每一冲程都要用冷水将汽缸冷却一次，从而损耗了大量热量。当时，瓦特的财力不足以支撑他的研究。他东奔西走，找遍所有的亲朋好友，终于配齐了最基本的实验器材。瓦特租了间地下室，开始了他的艰辛探索之路。然而，简陋的条件根本无法满足他精确的设计要求，接连的失败使瓦特陷入绝境。万般无奈之下，瓦特与工厂主罗巴克合伙，由罗巴克承担研究经费，同时分享发明专利利润的2／3。经过反复实验，经历了无数次挫折和失败后，1769年瓦特终于制造出第一台新型的蒸汽机。与纽可门蒸汽机相比，它能节省3／4的煤炭。同年，瓦特也因发明冷凝器而获得了他的第一项专利。

    瓦特没有停止试验的脚步。1781年底，瓦特以发明带有齿轮和拉杆的机械联动装置获得第二项专利。1782年，瓦特试制出了一种带有双向装置的新汽缸，由此瓦特获得了他的第三项专利。把原来的单向汽缸装置改装成双向汽缸，并首次把引入汽缸的蒸汽由低压蒸汽变为高压蒸汽，这是瓦特改良蒸汽机的第三次飞跃。经过不懈的努力，瓦特终于制造出了“万能动力机”，这种机器能普遍用于工业和交通运输业。1789年，“万能蒸汽机”获得了专利权，各种订单滚滚而来。

    

    瓦特改良的蒸汽机模型 在瓦特的讣告中，对他改良的蒸汽机有这样的赞颂：“它武装了人类，使虚弱无力的双手变得力大无穷；健全了人类的大脑，以处理一切难题。它为机械动力在未来创造奇迹打下了坚实的基础，将有助并报偿后代的劳动”

    ●专利权斗争

    瓦特因为一个划时代的伟大发明，从一个一贫如洗的无名小卒，一下子成为了大人物。1784年，他成为爱丁堡皇家学会的会员。1785年，他又成为伦敦皇家学会的会员。1808年，他成为法兰西学士院的成员。1814年，他当选为法国科学院的外籍院士。在11年的时间里，瓦特获得了67000英镑的专利税。

    到了晚年，为了保护自己的专利，瓦特经常向法院起诉，阻止和压制别人的发明创造，他甚至不许自己的助手实验用蒸汽发动的四轮车。这多少有点学阀作风，是一个科学家的悲剧，也是他所处的时代和社会在他身上打下的烙印。尽管如此，他仍然是一位伟大的发明家。

    19世纪三四十年代，工人的生产效率比采用瓦特蒸汽机前提高了20倍；1807年，美国的富尔顿将瓦特蒸汽机用于轮船制造，发明了世界上第一艘轮船；1814年，英国的史蒂芬逊将蒸汽机用于机车制造，发明了世界上第一列火车。

    1819年，84岁的瓦特在家中安然辞世。1824年，在瓦特逝世5周年时，伦敦公众为他在著名的威斯敏斯特大教堂树立了一座纪念碑。为了纪念瓦特这位伟大的发明家，人们把常用的功率单位定为瓦特，简称“瓦”。瓦特的名字将永远刻在人类的历史上。

    

    ▲“克莱蒙特”号的首航 1807年，美国机械工程师富尔顿利用瓦特的蒸汽机，设计出蒸汽机带动车轮拨水的“克莱蒙特”号轮船，并于当年8月17号在哈德逊河上首航成功。

    

    ◇延伸阅读

    

    瓦特改良后的蒸汽机普遍应用于纺织、冶金、采矿、交通运输和机械制造等各行各业，推动了这些行业的迅猛发展，使英国成为了当时的“世界工厂”。欧美诸国在工业革命中也都采用了瓦特蒸汽机，人类历史从此进入一个新的时代——蒸汽时代。