科學家——蒸汽機的發(fā)明者瓦特你知道嗎?了解蒸汽機的發(fā)明者瓦特,增長自己的見識,增強判斷能力。
一壺水開了,蒸汽把壺蓋沖得噗噗直響。這在常人眼里司空見慣的現(xiàn)象,卻引起了一個叫瓦特的英國小男孩的興趣。他在爐子旁足足呆了幾個小時,目不轉(zhuǎn)睛地凝視著翻動不止的壺蓋和不斷冒出的蒸汽,苦苦思索著其中的奧妙。這一思索不要緊,它誘發(fā)了后來世界上一項最偉大的發(fā)明,對人類歷史產(chǎn)生了劃時代的影響。
1736年,瓦特出生在英國蘇格蘭格拉斯哥市附近的一個小鎮(zhèn)格里諾克,他的父親是一個經(jīng)驗豐富的木匠,祖父和叔父都是機械工匠。少年時代的瓦特,由于家境貧苦和體弱多病,沒有受到完整的正規(guī)教育。他曾經(jīng)就讀于格里諾克的文法學校,數(shù)學成績特別優(yōu)秀,但沒有畢業(yè)就退學了。但是,他在父母的教導下,一直堅持自學,很早就對物理和數(shù)學產(chǎn)生了興趣。瓦特從6歲開始學習幾何學,到15歲時就學完了《物理學原理》等書籍。他常常自己動手修理和制作起重機、滑車和一些航海器械。1753年,瓦特到格拉斯哥市當徒工。由于收入過低不能維持生活,第二年他又到倫敦的一家儀表修理廠當徒工。憑借著自己的勤奮好學,他很快學會了制造那些難度較高的儀器。但是繁重的勞動和艱苦的生活損害了他的健康,一年后,他不得不回家休養(yǎng)。一年的學徒生活使他飽嘗辛酸,也使他練就了精湛的手藝,培養(yǎng)了他堅韌的個性。
1756年,當他的身體稍有好轉(zhuǎn),瓦特再次踏上了坎坷的道路來到格拉斯哥市。他想當一名修造儀器的工人,但是因為他的手藝沒有滿師,當時的行會不允許。幸運的是,瓦特的才能引起了格拉斯哥大學教授臺克的重視。在他的介紹下,瓦特進入格拉斯哥大學當了教學儀器的工人。這所學校擁有當時較為完善的儀器設備,這使瓦特在修理儀器時認識了先進的技術(shù),開闊了眼界。這時,他對以蒸汽作動力的機械產(chǎn)生了濃厚的興趣,開始收集有關(guān)資料,還為此學會了意大利文和德文。在大學里,他認識了化學家約瑟夫·布萊克和約翰·魯賓遜等。瓦特從他們那里學到了很多科學理論知識。
瓦特在大學修理儀器期間,學校曾經(jīng)把一臺舊式的紐可門蒸汽機交給他修理。他通過大量實驗以及根據(jù)格拉斯哥大學教授布萊克提出的潛熱、比熱理論進行分析,對舊式蒸汽機進行深入研究,找出了舊式機器效率低的主要原因。針對舊式蒸汽機的缺陷,瓦特提出了減少蒸汽消耗,提高熱機效率的兩項措施。他決心自己制造一臺新的蒸汽機,來改進舊機器的不足。
瓦特自籌資金,租了間地下室,買了必要的設備,反復實驗,經(jīng)歷了無數(shù)次挫折和失敗,在工人的幫助下,終于發(fā)明了與汽缸分離的冷凝器,解決了制造精密汽缸、活塞的工藝問題,同時采用油潤滑活塞,汽缸外附加絕熱層等措施,制成單動作蒸汽機。后經(jīng)繼續(xù)試驗,瓦特又在1782年發(fā)明了具有連桿、飛輪和離心調(diào)速器的雙動作蒸汽機,制成了新的可實用的蒸汽機。這種雙動作式蒸汽機,把閥門安裝成可利用蒸汽的壓力來推動活塞,既可向前又可向后,并借助連桿和飛輪把活塞的直線運動變成了圓周運動。為了保持蒸汽機的勻速運轉(zhuǎn),他把一個離心調(diào)速器連接在進氣活門上,使其自動調(diào)節(jié)進氣量。這種裝置是最早在技術(shù)上使用的自動控制器。他設計了一個和汽缸分離的冷凝器,將高溫蒸汽從汽缸中導出并冷卻,使得主要汽缸能保持一定溫度。同時他提高了汽缸的精密度,把活塞和閥門也做得光滑、嚴密。從而比紐科門蒸汽機大大提高了熱效率和可靠性。由于這種蒸汽機把往復的直線運動變成為連續(xù)而均勻的圓周運動,因而可以經(jīng)過傳動裝置帶動一切機器運轉(zhuǎn),成為能普遍用于工業(yè)和交通運輸業(yè)的“萬能動力機”。這種高效率的蒸汽機很快取代了舊式的蒸汽機,被各工業(yè)部門迅速采用。從此,動力機、傳動機和工作機組成了機器生產(chǎn)系統(tǒng),成為產(chǎn)業(yè)近代化的核心。
到19世紀30年代,蒸汽機廣泛應用到紡織、冶金、采煤、交通等部門去,很快引起了一場技術(shù)革命。美國人富爾頓發(fā)明了用瓦特蒸汽機作動力的輪船。英國人史蒂芬遜發(fā)明了用瓦特蒸汽機作動力的火車。瓦特的蒸汽機成為真正的國際性發(fā)明,它有力地促進了歐洲18世紀的產(chǎn)業(yè)革命,推動世界工業(yè)進入了“蒸汽時代”。