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第11節(jié) 萬能蒸汽機的發(fā)明者——瓦特

瓦特是英國著名的發(fā)明家,是工業(yè)革命時期的重要人物。1736年1月19日生于英國的格拉斯哥。父親是一個造船工人,后來經(jīng)營造船業(yè)和建房業(yè),做過制造兼出售航海儀器的小商人。

瓦特從小身體虛弱,經(jīng)常生病,到了上學年齡,還沒有進學校讀書。聰慧溫柔、循循善誘的母親,不僅教瓦特讀書寫字,學習語文和數(shù)學知識,還熱心地鼓勵孩子玩各種工具和器物,培養(yǎng)他觀察思考問題的興趣和動手實踐的能力。

有一個流傳很廣的故事:瓦特在童年時,有一天,壺里的水開了,蒸汽把壺蓋沖得“噗噗”作響。這種現(xiàn)象司空見慣,卻使瓦特發(fā)生了很大的興趣。他目不轉(zhuǎn)睛地盯著翻動不止的壺蓋,一心思索著蒸汽的力量,竟在爐旁呆了1個多小時。姨母看見了,責罵他是個“懶孩子”。她哪里知道,正是這種強烈的好奇心和尋根究底的品質(zhì),才導致瓦特作出了人類歷史上的重大發(fā)明!

后來,瓦特進了格林諾克的文法學校,數(shù)學成績名列前茅,但是由于身體不好,沒有畢業(yè)就退學了。在家里,他并沒有虛度光陰,仍然堅持自學。他在養(yǎng)病期間,躺在床上手不釋卷,博覽群書。他鉆研天文學、物理學、化學等多種科學知識,自學了好幾種外語。

瓦特的另一個“學!笔歉赣H的工廠,他經(jīng)常在那里向工人師傅學習技術(shù),制作各種機械模型,修理航海儀器,進行化學和電學實驗。

經(jīng)過長時間的實踐,他獲得了豐富的木工、金屬冶煉和機械加工制造、儀器修理等多方面的工藝技術(shù),為后來的發(fā)明打下了堅實的基礎(chǔ)。

瓦特17歲那年,父親經(jīng)商失敗,家里清貧如洗。瓦特被迫出外謀生,到格拉斯哥一家鐘表店學手藝。1755年到倫敦,給有名的機械師當學徒。他勤奮學習,努力鉆研,技術(shù)提高很快,不久就會制造難度較大的經(jīng)緯儀、羅盤等儀器了。

1757年,經(jīng)朋友介紹,瓦特到格拉斯哥大學當修造教學儀器的工人。在大學里,瓦特結(jié)識了化學家布萊克,以及當時是學生后來成了物理學教授的魯賓遜。瓦特虛心地向他們求教,學到不少科學理論知識。他們?nèi)私?jīng)常在一起,討論研究改進蒸汽機的問題。

蒸汽機是一種利用蒸汽把熱能轉(zhuǎn)變成機械能的動力裝置。人類對蒸汽機的認識和利用,經(jīng)歷了一個漫長的歷史過程。

16世紀和17世紀之交,隨著資本主義的產(chǎn)生和發(fā)展,在社會需求的推動下,不少人試圖制作以蒸汽為動力的排水、提水機具。1601年,意大利人波塔提出用蒸汽壓力提水的設(shè)想。

1615年,法國人德·高斯設(shè)計了蒸汽噴水器。

1659年,土耳其人德雷提出在德·高斯的噴水器上加一個鍋爐來排水。1690年,法國人巴本首先制成了帶有活塞和汽缸的實驗性蒸汽機。

所有這些裝置和器具雖然都沒有在生產(chǎn)上得到實際使用,但卻為以后制造可供實用的蒸汽動力裝置積累了正、反兩方面的經(jīng)驗。

1698年,英國礦山技師薩維里制成一個蒸汽水泵。這是一個用人工操作、利用蒸汽壓力把管子中的水排出去的裝置,也是第一臺實際用于礦井排水的蒸汽動力裝置。

1705年,英國鐵匠紐可門研究了巴本和薩維里的蒸汽動力裝置,制成了一部能較大規(guī)模地將熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能的實用蒸汽動力裝置。

這種裝置具有帶活塞的封閉的圓筒汽缸,是蒸汽機最早雛形。從1712年起,它在英國各礦井使用,并用于農(nóng)田灌溉。但紐可門蒸汽機有耗煤量大、熱效率低,只能做往復(fù)直線運動的缺點。這些缺點限制了它的應(yīng)用。

真正有巨大工業(yè)價值的蒸汽機是經(jīng)過瓦特做出重大改進的蒸汽機。

在176l~1762年,瓦特曾進行過改進蒸汽機的試驗,但沒有得到什么結(jié)果。1764年,格拉斯哥大學委托他修理一臺紐可門蒸汽機。紐可門蒸汽機是靠蒸汽進入汽缸推動活塞上升的,然后再噴射冷水,使汽缸的溫度下降,缸內(nèi)蒸汽凝結(jié),形成部分真空,利用大氣壓將活塞推回。瓦特在修理這種蒸汽機的過程中發(fā)現(xiàn),活塞每一次上升后,汽缸和活塞同時被冷卻,然后為了下一次活塞上升,又需要重新加熱,因此有許多熱量被浪費掉了,這就是紐可門蒸汽機效率低的重要原因。為了避免汽缸一熱一冷而消耗大量熱量,他想到了把冷凝過程從汽缸內(nèi)分離出來,即在汽缸外單獨加一個冷凝器而使汽缸始終保持高溫狀態(tài)。瓦特按照自己的設(shè)想于1765年設(shè)計了一個與汽缸分離的冷凝器,經(jīng)過多次試驗失敗及不斷改進,終于在1769年制成了一臺單動作蒸汽機。這種蒸汽機的耗煤量比紐可門蒸汽機少3/4,動作也較紐可門蒸汽機迅速、可靠。

瓦特并不滿足于已取得的成就,1781年他又制成了從氣缸兩邊推動活塞的雙動作蒸汽機,并采用英國人司提德發(fā)明的曲柄機構(gòu),將往復(fù)的直線運動轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)運動。1788年瓦特發(fā)明了離心調(diào)速器和節(jié)氣閥,利用反饋原理自動控制蒸汽機的轉(zhuǎn)速。經(jīng)瓦特一系列的改進,蒸汽機已經(jīng)能驅(qū)動各種機器,迅速為各個工業(yè)部門所采用。

在18世紀中葉以前,生產(chǎn)的動力主要是人力、畜力、風力和水力,同這些動力相比,蒸汽動力具有巨大的經(jīng)濟優(yōu)越性和使用方便性。

瓦特的發(fā)明,使蒸汽機變成適用于一切工業(yè)部門的動力機械。1807年第一艘蒸汽輪船的制造成功,1814年第一臺實用蒸汽機車的問世,以及許許多多以蒸汽為動力的機械裝置的發(fā)明,無不是瓦特蒸汽機發(fā)明導致的結(jié)果。可以說,沒有瓦特的發(fā)明,就不會有當時的工業(yè)革命。

到19世紀三四十年代,蒸汽機已在全世界廣泛應(yīng)用,進入所謂“蒸汽時代”。

瓦特是一位偉大的發(fā)明家。他把主要精力集中于蒸汽機的發(fā)明,前后達20余年。他的發(fā)明促進了生產(chǎn)力的發(fā)展,推進了科學技術(shù)的進步。1785年瓦特被選為倫敦皇家學會會員,1814年被接收為法國科學家協(xié)會的國外會員。

1819年8月25日,瓦特在希思菲爾德郡的家里逝世,終年85歲。他去世后,威斯敏斯特大教堂為他立了塑像。

后來,人們?yōu)榱思o念瓦特,用他的名字“瓦特”作為計算功率的單位。瓦特那種謙虛好學、善于思考、百折不撓、注重實踐的優(yōu)秀品質(zhì),成為人們學習的榜樣。

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