瓦特观察什么发明蒸汽机

从学徒到机师如果说，第一次工业革命的火炬是由飞梭、珍妮纺纱机等工作机的革命点燃的话，那么第一次工业革命的狂飙则是由瓦特对纽可门蒸汽机的改革兴起的。纽可门蒸汽机自1705年发明之后，即在矿山作为一种抽水泵的动力机使用。1712年前后，英国所有煤矿的抽水泵差不多都用上了蒸汽机。但是，由于当时的社会生产尚未对动力机产生更大的需求，所以纽可门蒸汽机问世之后，一直仅限于在矿山作为抽水泵的引擎使用。在它问世后的50多年里，仍然停留在原有的技术水平，一直未能得到什么发展。

瓦特(1736―1819年)生于苏格兰西部的格里诺克小镇的一个工人家庭。

当时，家家户户都是生火烧水、做饭。童年时，瓦特在厨房里看祖母做饭。灶上壶子里的水一开，壶盖就啪啪作响，不停地往上跳动。通过长时间观察，他发现，只要蒸汽不住地往上冒，壶盖就不停地跳动。他还把杯子、调羹遮在水蒸汽喷出的地方。瓦特终于弄清楚了，是水蒸汽推动壶盖跳动，这水蒸汽的力量还真不小呢。从此，如何利用蒸汽的力量成了瓦特一生的追求。

由于家里贫穷，瓦特仅受到初等教育。然而，瓦特自幼非常勤奋，同时极爱工艺。1754年，瓦特前往格拉斯哥的一家工场当了机械工学徒。但好学的瓦特深深地感到在格拉斯哥的工场里似乎学不到什么真正意义上的技术，于是决心前往伦敦，当时英法之间爆发了一场战争，伦敦的局势动荡不安，瓦特只得重返格拉斯哥。

1757年，瓦特来到一个机械车间当上了机修工，这个机械车间附属于格拉斯哥大学。此后，瓦特开始刻苦地学习机械技术。这些经验和技术，为瓦特后来革新纽可门蒸汽机打下了坚实的技术基础。

在修理机器与仪表之余，瓦特于1759年开始进行蒸汽技术的实验和研究。他曾利用从格拉斯哥大学的实验室找来一个巴本的蒸汽泵进行了一些蒸汽动力实验，这些初步的实验研究，使他对蒸汽机的动力技术有了最初的认识。

如果说瓦特的工匠技术为他以后革新纽可门蒸汽机打下了技术基础，那么，布莱克的热学理论则为他打下了一定的理论基础。从瓦特最初来到格拉斯哥大学的1757年开始，到1760年为止，在四年多的时间内，瓦特已成为一个不仅具有工匠的技术实践经验，而且具有学者的科学理论知识的青年机械师。

研究纽可门蒸汽机

在初步具备一定的技术基础、实验基础与理论基础之后，瓦特产生了革新纽可门蒸汽机的强烈愿望。当时，人们把纽可门蒸汽机称为“火机”，虽然它在矿山已普遍使用，但在大学还不易见到。

幸运的是，1761年，在瓦特的要求下，格拉斯哥大学从伦敦借来了一台需要修理的纽可门蒸汽机供瓦特研究使用。瓦特正式开始了革新纽可门蒸汽机的研究工作。

自从那台纽可门蒸汽机从伦敦运到格拉斯哥大学之后，瓦特立即对它的机械结构与工作原理进行了细致的研究。他发现它有两大明显的缺点：一是它的耗煤量大，热效率低；二是它所传送出来的动力只能作往返运动。正是这两大缺点阻碍了它的进一步推广使用。

可是，要找到纽可门蒸汽机的热效率低的原因在哪里却不是一件容易的事。他发现，当蒸汽进人汽缸后，温度即上升到100℃，可是为了得到真空，必须马上在汽缸内将蒸汽用冷水喷注冷凝。当冷水喷入汽缸后，汽缸内的温度即下降到20℃。这样一开一降，活塞才能完成一个冲程的往返动作。而这样一个冲程中，热量遭到两次浪费。当蒸汽进入汽缸时，它必须花费足够的热量使汽缸本身的温度由20℃上升到100℃；当冷水进入汽缸时，冷凝水又带走了大量的热量。这样一热一冷，热量浪费极大。

瓦特运用布莱克的热学理论，对那台纽可门蒸汽机的作功过程进行了测量和分析，确认这正是纽可门蒸汽机热效率低的主要原因。这时，借来的纽可门蒸汽机归还期到了，机器被运走后，瓦特没有样机继续进行实验，只得进行一些理论的探索。在理论研究中，瓦特再次钻研了布莱克的热学理论，通过对纽可门蒸汽机热效率的进一步理论分析，使瓦特进一步看清了纽可门蒸汽机的汽缸内冷这一最主要的缺点。

采用分离冷凝器

发现问题是一回事，可是要解决它却不容易。又经过两年多的努力，1765年春天，有一次出外散步时，瓦特灵感突发，既然纽可门蒸汽机的热效率低是由于蒸汽在汽缸内冷凝造成的，反过来，为什么不能让做功后的蒸汽在汽缸外冷凝呢?这样，瓦特便产生了采用分离冷凝器的最初设想――这是一个绝对巧妙的一个想法!

在产生采用分离冷凝器的最初设想之后，瓦特立即付诸实践，在同年设计了世界上第一台带有分离冷凝器的蒸汽机。按照他的设计，冷凝器与汽缸之间用一个调节阀门相连。通过阀门控制，使它们既能连通，又能分开。这样，既可把做功后的蒸汽引入汽缸外的冷凝器，又可以使汽缸内产生同样的真空，但却避免了汽缸在一热一冷过程中的热量消耗。瓦特认为不出意外的话，这种新的蒸汽机的热效率将是纽可门蒸汽机的热效率的三倍!

但要把这种设想变成真实的蒸汽机，不知要遇上多少困难。但瓦特知难而上，开始研制新式蒸汽机。资金、设备、材料、技工这些是开展工作所必需的。可是，瓦特本人只有35磅的年薪，除去用来买面包的那部分以外，所剩无几。

在失败中不断完善

经过多方努力，在各方好友的帮助下，从1766年开始，在三年多的时间内，瓦特解决了材料和工艺等方面的种种困难，终于在1769年生产了第一台样机。同年，瓦特以发明分离冷凝器获得他在革新纽可门蒸汽机过程中的第一个专利。

瓦特的第一个设想终于实现了。第一台带有分离冷凝器的蒸汽机虽然试验成功。但是同纽可门蒸汽机相比，除了热效率有显著提高之外，在作为动力机而带动其他工作机的性能方面。仍未能取得实质性的进展。瓦特的这种蒸汽机，还是无法成为真正的动力机。

由于这种蒸汽机仍不够理想，销路并不好，致使帮助他研究的好友罗巴克濒于破产，无力对瓦特继续进行经济上的资助。瓦特在这一段时间内感到了绝望。

但罗巴克对科学的热心并没有变，他又将瓦特介绍给自己的朋友――工程师兼企业家博尔顿，以便使瓦特的研制工作能够继续进行下去。博尔顿是位能干的工程师和企业家。他对瓦特的创新精神表示赞赏，表示愿意资助瓦特继续进行新式蒸汽机的研制工作。

博尔顿是伯明翰地区著名的科学社团“圆月学社”的主要成员之一。参加这个学社的，大都是该地的一些科学家、工程师、学者以及其他一些科学爱好者。

经过博尔顿的介绍。瓦特也加入了圆月学社，这使瓦特受益匪浅。在圆月学社活动期间，瓦特和化学家普列斯特等人的交往。使他对当时人们关注的气体化学和热化学有了更多的了解，并进行了一些初步的实验研究。

更重要的是，圆月学社的活动使瓦特进一步增长了科学见识，活跃了科学思想。瓦特自与博尔顿合作之后，博尔顿即 在资金、设备、材料和人力各方面给予大力资助。从1775年开始，瓦特即致力于生产这种带分离冷凝器的蒸汽机。到了1776年，瓦特终于组装出了两台。但是，由于这种蒸汽机比他在1769年试制的那种蒸汽机的样机并没什么显著的改进，所以也没有引起社会的关注。

瓦特在1776年组装出的两台蒸汽机虽然仍不成功，但耗资却不少。瓦特因此债台高筑，博尔顿也因此濒于破产。这时，瓦特的一个朋友为他在俄国找到了一个年俸为1000英镑的职务，劝他到俄国去工作，以摆脱当时的经济困境。

但是，瓦特所想到的仍然是他的蒸汽机。博尔顿虽然因资助瓦特而近于破产，但他仍然给瓦特以慷慨的资助。由于瓦特本人具有百折不挠的毅力，同时也由于博尔顿具有舍身相助的精神，终于使瓦特的新式蒸汽机的研制工作得以继续进行下去。

自1769年试制出那台带有分离冷凝器的样机之后，瓦特即已看到，热效率低已不再是他的蒸汽机最主要的弊病，而活塞仍只能作往返的直线运动才是它的根本局限。在1776年组装那两台带有分离冷凝器的蒸汽机时，瓦特已感到解决这一问题的紧迫性。

蒸汽原动机诞生

1781年，在参加圆月学社的活动时，瓦特听到会员们谈到天文学赫舍尔在当年发现的天王星以及由此引出的行星绕日作圆周运动的消息，也许是这个消息启发了他，也许是钟表中的齿轮的圆周运动启发了他。他想：如果能把活塞的往返直线运动转变成旋转的圆周运动，不就可以使动力源源不断地传给任何工作机吗?

同年，瓦特研制出了一套被称为“太阳和行星”的齿轮联动装置，凭藉这套装置他终于把活塞的往返直线运动转变为轮轴旋转运动。由于有了这种齿轮联动装置，旋转的轮轴可通过齿轮或链条带动任何工作机。为了使轮轴的旋转增加惯性，从而使圆周运动更加均匀，瓦特还在轮轴上加装了一个大飞轮。由于对传动机的这一重大革新，瓦特的这种蒸汽机才真正成为能带动一切工作机的动力机，才真正成为开动一切工作机的万能机。

这一成果大大增加了蒸汽机的实用性。1781年底，瓦特以发明带有齿轮和拉杆的机械联动装置获得了第二个专利，从而实现了他在革新纽可门蒸汽机过程中的第二次飞跃。

瓦特在1781年试制成功的带有齿轮联动装置的蒸汽机由于加上了轮轴和飞轮，使得蒸汽机在把活塞的往返直线运动转变为轮轴的旋转运动时，要多消耗不少无谓的能量。这样，使得蒸汽机的效率仍大打折扣，动力也因此而受到限制。

为了进一步提高蒸汽机的效率，增大蒸汽机的动力，瓦特在发明齿轮联动装置之后，对汽缸本身进行了分析和研究。他发现，他虽然把纽可门蒸汽机的内部冷凝变成了外部冷凝，使蒸汽机的热效率有了显著的提高，但他的蒸汽机中的蒸汽在推动活塞的冲程工艺上，与纽可门蒸汽机中的冲程工艺并没有什么两样――然是让蒸汽从一端进入，从另一端排出。这仍然是一种蒸汽的单向运动。他想，如果让蒸汽能够轮流从活塞两端进入和排出，就可让蒸汽推动活塞向上运动，也可让蒸汽推动活塞向下运动。这样，活塞在一上一下的一个冲程中，就可获得相等于原来两倍的动力。

1782年，瓦特根据他的双向进入和排出蒸汽的设计，试制出了一种带有双向装置的新汽缸，把原来的单向汽缸组装成双向汽缸，并首次把引入汽缸的蒸汽由低压蒸汽改为高压蒸汽，从而又实现了他在革新纽可门蒸汽机过程中的第三次跃进。

带有飞轮和齿轮联动的双向高压蒸汽机发明之后，纽可门蒸汽机才完全演变为瓦特蒸汽机。1782年，瓦特以发明双向装置和引入高压蒸汽而取得他在革新纽可门蒸汽机过程中的第三个专利。自此之后，瓦特蒸汽机才真正成为一台工作机的原动机。

在研制蒸汽机的道路上，瓦特就像一匹不知疲倦的奔马，在蒸汽机领域不停地耕作着。如果从他最初接触纽可门蒸汽机的1761年算起，他经历了21年的漫长岁月。在21余年的时间内，瓦特虽然多次受挫，屡遭失败，但仍以对科学的执着和百折不挠的精神和毅力，通过对纽可门蒸汽机的三次大革新，终于实现了对纽可门蒸汽机的彻底革命。

1784年，瓦特又将带有飞轮、齿轮联动装置和双向汽缸装置的高压蒸汽机综合组装，取得了他在革新纽可门蒸汽机过程中的第四个专利。

蒸汽机的发明，加之英国当时煤铁工业发达，所以英国就成为世界上最早利用蒸汽推动铁制“海轮”的国家。19世纪，开始海上运输改革，一些国家进入了所谓的“汽船时代”。从此，船只就行驶在茫茫无际的海洋上了。随之而来，煤矿、工厂、火车也全应用了蒸汽机。体力劳动解放了，经济发展了。这一切都是蒸汽机的发明家者瓦特的功劳。

瓦特的生平有哪些重大事迹？

蔡伦发明的是“蔡侯纸”。其实在蔡伦之前纸张已经发明了，但他革新了造纸术，使造纸原料便宜、工序简化，纸张也开始大众化。所以一般来说是蔡伦发明了造纸术。阀场脆渡诒盗错醛氮互

瓦特与蔡伦很相似。他改进纽伦蒸汽机，发明了带有冷凝器的蒸汽机。1784年，瓦特以带有飞轮、齿轮联动装置和双向装置的高压蒸汽机的综合组装取得了他在革新纽可门蒸汽机过程中的第四项专利。1788年，瓦特发明了离心调速器和节气阀；1790年，他又发明了汽缸示工器，至此瓦特完成了蒸汽机发明的全过程。

毕升（不要再打错了……）发明的是活字印刷术。在此之前，雕版印刷早就发明了。

一、喜欢寻根问底的孩子

瓦特1736年出生于英国苏格兰西部的格林诺格镇，他的祖父曾经是一位教师，教授数学、测量学和航海学，父亲原来是个造船技术工人。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。耳濡目染，瓦特从幼年起就随父亲学习各种手艺。他心灵手巧，从小接触和了解了不少技术方面的知识，并养成了一种独立思考和探索奥秘的兴趣和习惯。他的家庭环境对他日后攀登技术高峰起到了一定的作用。

瓦特从小身体虚弱，到了入学年龄，仍不能去上学。过了入学年龄好几年，他才到镇上的学校学习。在学校里，他不喜欢与小朋友们打闹，只爱独自沉思默想。关于他的童年，曾有过一个广为人知的传说：有一天，小瓦特在家里看见一壶水开了，蒸汽把壶盖冲得噗噗地跳。这种常人司空见惯的现象却引起了他极浓厚的兴趣。他目不转睛地凝视那跳动的壶盖和冒出的蒸汽，苦思冥想其中的奥秘。一直看了一个多小时。由于瓦特常常会面对他不熟悉、不认识的许多现象长时间地默默观察，崐人因此说他是个“懒孩子”。其实正是这种好奇心和寻根问底的精神，后来引导他去努力探索世界的种种奥秘，攀登科学的高峰。

13岁那年，他对几何学发生了兴趣，15岁就读完了《几何学原理》这样艰深的书籍。后来他进入文法学校，数学成绩特别优秀。由于身体不好，他没到毕业就退学了。但是，他在家里坚持自学了天文学、化学、物理学和解剖学等多学科知识，并自学了好几种外语。瓦特17岁时到格拉斯哥的一家钟表店里当了学徒。他在业余时间刻苦学习，进一步掌握了许多科技原理。在当学徒时他曾经动手制造过技术要求较高的罗盘、经纬仪等。21岁那年，他来到了格拉斯哥大学当教具实验员，负责修理和制造仪器。他进一步熟悉了当时一些较先进的机械技术。

二、推动整个世界的发明

人类对蒸汽的认识和利用，经历了一个漫长的历史过程。早在公元前二世纪，古希腊人就制造过一种利用蒸汽喷射的反作用的发动机。1690年，法国人巴比首先发明了第一台活塞式蒸汽机，但他未能制成实用的蒸汽机。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。这种机器在矿井中得到应用，被称为“矿山之友”，但受当时材料和技术的限制，无法推广。1712年，一位毫无名气的铁器商纽科门发明了第一台实用的蒸汽机。

经历了无数次挫折和失败，在工人的帮助下，终于发明了与汽缸分离的冷凝器，解决了制造精密汽缸、活塞的工艺问题，同时采用油润滑活塞，汽缸外附加绝热层等措施，制成单动作蒸汽机。后经继续试验，又在1782年，发明了具有连杆、飞轮和离心调速器的双动作蒸汽机，制成了新的可实用的蒸汽机。这种双动作式蒸汽机，把阀门安装得可利用蒸汽的压力来推动活塞，既可向前又可向后。并借助连杆和飞轮把活塞的直线运动变成了圆周运动。为了保持蒸汽机的匀速运转，他把一个离心调速器连接在进汽活门上，使其自动调节进汽量。这种装置是最早在技术上使用的自动控制器。他设计了一个和汽缸分离的冷凝器，将高温蒸汽从气缸中导出并冷却，使得主要汽缸能保持一定温度。同时他提高了汽缸的精密度，把活塞和阀门也做得光滑、严密。瓦特的思路从原理上讲非常新颖，效率提高也就非常惊人。通过与伯明翰的一位机器制造商博尔顿合作生产和销售（这一合作十分成功和著名），瓦特的蒸汽机很快被用户接受，不久以后就被广泛应用于采煤业以外的其他工业，促进了城市制造业的大发展。到1800年时，英国已有500台瓦特蒸汽机在各地哧哧冒气，此后其数量更是增长迅猛。瓦特的蒸汽机成为真正的国际性发明，它有力地促进了欧洲18世纪的产业革命，推动世界工业进入了“蒸汽时代”。