- 第11節(jié) 萬能蒸汽機(jī)的發(fā)明者——瓦特
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瓦特是英國著名的發(fā)明家,是工業(yè)革命時(shí)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(xué)年齡,還沒有進(jìn)學(xué)校讀書。聰慧溫柔、循循善誘的母親,不僅教瓦特讀書寫字,學(xué)習(xí)語文和數(shù)學(xué)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(shí)踐的能力。
有一個流傳很廣的故事:瓦特在童年時(shí),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(shí)。姨母看見了,責(zé)罵他是個“懶孩子”。她哪里知道,正是這種強(qiáng)烈的好奇心和尋根究底的品質(zhì),才導(dǎo)致瓦特作出了人類歷史上的重大發(fā)明!
后來,瓦特進(jìn)了格林諾克的文法學(xué)校,數(shù)學(xué)成績名列前茅,但是由于身體不好,沒有畢業(yè)就退學(xué)了。在家里,他并沒有虛度光陰,仍然堅(jiān)持自學(xué)。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(xué)、物理學(xué)、化學(xué)等多種科學(xué)知識,自學(xué)了好幾種外語。
瓦特的另一個“學(xué)!笔歉赣H的工廠,他經(jīng)常在那里向工人師傅學(xué)習(xí)技術(shù),制作各種機(jī)械模型,修理航海儀器,進(jìn)行化學(xué)和電學(xué)實(shí)驗(yàn)。
經(jīng)過長時(shí)間的實(shí)踐,他獲得了豐富的木工、金屬冶煉和機(jī)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(jiān)實(shí)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(xué)手藝。1755年到倫敦,給有名的機(jī)械師當(dāng)學(xué)徒。他勤奮學(xué)習(xí),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(xué)當(dāng)修造教學(xué)儀器的工人。在大學(xué)里,瓦特結(jié)識了化學(xué)家布萊克,以及當(dāng)時(shí)是學(xué)生后來成了物理學(xué)教授的魯賓遜。瓦特虛心地向他們求教,學(xué)到不少科學(xué)理論知識。他們?nèi)私?jīng)常在一起,討論研究改進(jìn)蒸汽機(jī)的問題。
蒸汽機(jī)是一種利用蒸汽把熱能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能的動力裝置。人類對蒸汽機(jī)的認(rèn)識和利用,經(jīng)歷了一個漫長的歷史過程。
16世紀(jì)和17世紀(jì)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(jī)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(jì)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(shí)驗(yàn)性蒸汽機(jī)。
所有這些裝置和器具雖然都沒有在生產(chǎn)上得到實(shí)際使用,但卻為以后制造可供實(shí)用的蒸汽動力裝置積累了正、反兩方面的經(jīng)驗(yàn)。
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(shí)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(jī)械能的實(shí)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(jī)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(jī)有耗煤量大、熱效率低,只能做往復(fù)直線運(yùn)動的缺點(diǎn)。這些缺點(diǎn)限制了它的應(yīng)用。
真正有巨大工業(yè)價(jià)值的蒸汽機(jī)是經(jīng)過瓦特做出重大改進(jìn)的蒸汽機(jī)。
在176l~1762年,瓦特曾進(jìn)行過改進(jìn)蒸汽機(jī)的試驗(yàn),但沒有得到什么結(jié)果。1764年,格拉斯哥大學(xué)委托他修理一臺紐可門蒸汽機(jī)。紐可門蒸汽機(jī)是靠蒸汽進(jìn)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(jī)的過程中發(fā)現(xiàn),活塞每一次上升后,汽缸和活塞同時(shí)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(fèi)掉了,這就是紐可門蒸汽機(jī)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(dú)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(jì)了一個與汽缸分離的冷凝器,經(jīng)過多次試驗(yàn)失敗及不斷改進(jìn),終于在1769年制成了一臺單動作蒸汽機(jī)。這種蒸汽機(jī)的耗煤量比紐可門蒸汽機(jī)少3/4,動作也較紐可門蒸汽機(jī)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(jī),并采用英國人司提德發(fā)明的曲柄機(jī)構(gòu),將往復(fù)的直線運(yùn)動轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)運(yùn)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(jī)的轉(zhuǎn)速。經(jīng)瓦特一系列的改進(jìn),蒸汽機(jī)已經(jīng)能驅(qū)動各種機(jī)器,迅速為各個工業(yè)部門所采用。
在18世紀(jì)中葉以前,生產(chǎn)的動力主要是人力、畜力、風(fēng)力和水力,同這些動力相比,蒸汽動力具有巨大的經(jīng)濟(jì)優(yōu)越性和使用方便性。
瓦特的發(fā)明,使蒸汽機(jī)變成適用于一切工業(yè)部門的動力機(jī)械。1807年第一艘蒸汽輪船的制造成功,1814年第一臺實(shí)用蒸汽機(jī)車的問世,以及許許多多以蒸汽為動力的機(jī)械裝置的發(fā)明,無不是瓦特蒸汽機(jī)發(fā)明導(dǎo)致的結(jié)果。可以說,沒有瓦特的發(fā)明,就不會有當(dāng)時(shí)的工業(yè)革命。
到19世紀(jì)三四十年代,蒸汽機(jī)已在全世界廣泛應(yīng)用,進(jìn)入所謂“蒸汽時(shí)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(jī)的發(fā)明,前后達(dá)20余年。他的發(fā)明促進(jìn)了生產(chǎn)力的發(fā)展,推進(jìn)了科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步。1785年瓦特被選為倫敦皇家學(xué)會會員,1814年被接收為法國科學(xué)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(jì)念瓦特,用他的名字“瓦特”作為計(jì)算功率的單位。瓦特那種謙虛好學(xué)、善于思考、百折不撓、注重實(shí)踐的優(yōu)秀品質(zhì),成為人們學(xué)習(xí)的榜樣。
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