为什么有人说蒸汽机的发明者不是瓦特呢?

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为什么有人说蒸汽机的发明者不是瓦特呢?插图

上文说了珍妮纺机,那就不得不再说一说蒸汽机。因为它们像是一双生兄弟,共同改变了人类的命运和世界的面貌。

大家知道,蒸汽机的发明者是英国人瓦特,为纪念他,电的功率单位就以瓦特命名。其实,在瓦特之前就有了蒸汽机,而对“蒸汽的力量”的研究,更可以上溯到古希腊时代。不过,从法律上说蒸汽机的发明者是英国军官赛维利,他在1698年登记了专利。可惜他的发明只是纸上谈兵,虽然在理论上是成熟的,但在技术上却问题成堆,所以他的试验屡遭失败。比赛维利稍前,有个名叫巴本的法国人就制成了第一台原始的蒸汽机。这是一个装有活塞的圆筒,当圆简里的水被烧开后,蒸气就把活塞推上去,等活塞推到顶部就熄火,简里的蒸气冷却下来,由于大气压力的作用,便把活塞压下来。这样的过程周而复始,活塞上上下下,再配上一些机械便可代替人力或畜力来抽取深井水了。那时欧洲不少国家采矿业发展很快,矿井挖得很深,地下水涌出来,井里就要积水,只能靠人力和畜力把积水提上来,既费时又耗力,蒸汽机最初是为解决这个问题而发明的。可惜的是,这台蒸汽机实在太“原始”了,只要想一想这样的蒸汽机一会儿生火、一会熄火,提一桶水要等老半天,说实在的,比人力畜力强不了多少,所以没有什么实用的价值。

为什么有人说蒸汽机的发明者不是瓦特呢?插图(1)

“失败是成功之母”。这时有个名叫纽可门的苏格兰人却将赛维利和巴本两人的成果取长补短,研制成一种水泵用的蒸汽机。它的工作原理是:蒸气由锅炉进入汽缸,推动活塞向上,经过摇杆把水泵活塞压下去。关闭阀门后,汽缸内蒸气冷却,产生真空,大气压把活塞压下,水泵把水提起来。纽可门成功的关键是他解决了汽缸冷却慢的难题,使机器的工作速度每分钟提高到10次,因而具备了实用价值。1711年,纽可门用这项发明建立了企业公司,专门从事这种蒸汽机的生产。尽管纽可门的蒸汽机经不断改进,又被推广到众多的矿井使用,但是它有一个致命伤,就是煤耗太大,效率很低,用于矿井水泵还勉强可行,但还不能当动力机器使用。

在科学史上,一项重大的发明,常常不是一个人,甚至不是一代人所能完成的。在纽可门和瓦特之间,出了个英国人斯密顿,在1769年-1772年这3年间,他对当时各种马力的蒸汽机作了各种各样的实验,先后写了130多个报告,还整理出一套计算公式。

尽管他没有独创性的发明,却为瓦特的成功奠定了基础。

1757年,21岁的瓦特被聘为格拉斯哥大学的仪器修理工。瓦特聪明好学,又在这样一个大学的环境里,常抽空去听教授讲课,又整天摆弄各种仪器、机械。1764年初,格拉斯哥大学收到一台纽可门蒸汽机,要求修理。任务交给了瓦特,这对他来说当然不在话下,很快便完成了任务。不过当瓦特看着修好后的蒸汽机运作起来竟如老牛耕地一般的吃力时,顿时产生了要对蒸汽机作脱胎换骨改造的宏愿。

瓦特是个有股子倔劲的男子汉,主意一定,他便租了个地窖当工场,卷起铺盖住了进去,没日没夜地一头扎进了蒸汽机的研制中。经过仔细琢磨,瓦特发现纽可门蒸汽机的毛病主要在缸体随蒸气不断地冷了又热,热了又冷,白白耗费了许多热能。如果把冷却、加热两个任务,分别由两个容器来承当,让做功的汽缸始终保持高热状态,让负责冷却的冷凝器始终是冷的,产生真空。

这样,不就是大大降低热耗,提高效率了吗?

可是,找出了问题,不等于解决了问题。瓦特整日苦思冥想,也不知做了多少次试验,转眼间两年过去了,仍然没有找到解决问题的办法。真应了“苦修必有果,功到自然成”这句古话。-天夜里,瓦特又准备在他的地下实验室里熬夜,他烧了一壶水,那是准备泡茶用的,接着又翻开斯密顿的实验报告和他自己写的资料,打起精神,细细研读起来。突然,壶里的水突突地开了,壶盖被蒸气推动着,发出“哐当、哐当”的响声,瓦特看看还冒着热气的茶壶,又看看桌子上的茶杯。突然冒出一个念头:”要茶水凉,就得把开水倒进杯子里;要蒸气变冷,为什么不把它从汽缸里,倒,出来呢?”想到这里,瓦特立刻动手进行模型试验,他设计了一个和汽缸分开的冷凝器,按照斯密顿的计算公式,他算出热效率可以提高3倍,耗煤量可以节约1/4瓦特虽然完成了通用蒸汽机的模型,但要把它变成真正的机器,谈何容易?除了技术、材料等方面的问题,还有个资金问题。真是“山重水复疑无路,柳暗花明又一村。”正在瓦特为筹集资金而愁眉不展的时候,他认识了企业家布尔顿,并跟布尔顿共同建立了布尔顿-瓦特商会,总算解决了资金问题。

蒸汽机研制的重要条件是机械加工技术,特别是圆筒汽缸的精密度是个关键。当时这项技术很落后,造出的汽缸内壁不光滑、漏气,大大影响了蒸汽机的效率。格拉斯哥大学的布莱克教授介绍他认识了发明镗床的威尔金。他用镗火炮筒子的方法为瓦特镗制了汽缸和活塞,解决了精度和漏气问题。资金上有布尔顿鼎力资助,技术上有威尔金辅佐,瓦特很快便在1774年制成了第一台新型蒸汽机。这以后,瓦特精益求精,对蒸汽机不断进行改进。到1784年,他的蒸汽机已经装上曲轴、飞轮、活塞,可以靠从两边进来的蒸汽连续推动,再不用靠人力去调节活门,这才是世界上第一台真正的蒸汽机。你若要了解它是如何把往复运动变成圆周运动的奥秘,不妨去观察一下蒸汽火车头轮子的转动情况。直到现在,蒸汽火车头轮子的构造,仍然保留着瓦特蒸汽机的原貌。“一个好汉三个帮”,瓦特在朋友们的帮助下,完成了他的划时代的发明后,一直到他83岁高龄去世为止,毕生都在研制和改进蒸汽机。

要说蒸汽机的功绩,实在无与伦比。瓦特在取得专利后,很快便把蒸汽机应用到纺织业中去,后来终于出现了蒸汽纺布机。这样,一个由机器代替手工的时代从纺织工业开始了。瓦特的蒸汽机点燃了工业革命的导火索,所以马克思说,蒸汽机的发明,在很短的时间内,改变了整个世界的面貌。不是吗?1807年,美国的富尔顿把蒸汽机装到船上,发明了轮船;1814年,英国的司蒂芬逊把蒸汽机装在车上,发明了火车。有了蒸汽机这样新型的动力装置,机械工业也迅猛地发展起来了。1817年,英国罗伯特发明了创床,摩兹利发明了车床…蒸汽机不仅改变了整个工业的面貌,还由于工业的兴起而推动着城市的形成和发展。由于蒸汽机的丰功伟绩,以至于人们把19世纪称为“蒸汽时代”。在科学理论的发展史上,蒸汽机同样功高如山,蒸汽机的发明主要靠的是经验和实践。但蒸汽机产生后,推动了理论研究,产生了热力学,而在热力学理论的研究中,人们又萌发了内燃机的设想,终于发明出效能更高的动力机器 内燃机。事实证明了科技是生产力。在科学和生产之间存在着这样一种循环规律,这就是:生产——技术——科学——新科学——技术——生产。科学技术的发展就这样推动着人类社会的进步,创造出灿烂的文明。

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