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澳门金沙vip【金沙国际欢迎你】蒸汽机的发明对工业革命有什么影响?

  25. 詹姆斯·瓦特
[美]迈克尔·H·哈特 著 苏世军 周宇 译

文丨林下生风

问题:蒸汽机的发明对工业革命有什么影响?

公元 1736~公元 1819

瓦特自幼体弱多病,却凭着对科学的好奇和执着,成为工业革命的代表人物。

回答:

苏格兰发明家詹姆斯·瓦特经常被称为蒸汽机发明家,是工业革命的关键人物。

传说瓦特小时候,曾经看到水壶中的水蒸汽把壶盖顶开,使他对水蒸汽产生兴趣,长大才会研究发明蒸汽机。其实瓦特并不是第一个运用蒸汽力量的人,但从这个故事中,也能看到瓦特对日常生活的好奇心,再加上他长时间的观察和努力,才能够研究出影响人类生活的蒸汽机。

现代科技极大的方便了人们的生活,衣食住行都得到了极大的改善。可以说,科技的进步推动了社会和人类文明的进步。

实际上瓦特并不是第一个发明蒸汽机的人。公元一世纪,亚历山大·希罗曾设计过类似的机器。1698年,汤姆斯·萨威利获得了用蒸汽机抽水的专利权。1712年英国人汤姆斯·牛考门获得了稍加改进的蒸汽机的专利权。牛考门蒸汽机效率非常低,只能用于煤矿排水。

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科学史上有一重要发明,可以说是拉开了中西方的差距,那就是蒸汽机。而说起蒸汽机,不得不提瓦特。

1764年瓦特在修理一台牛考门蒸汽机时,自己对这种机器发生了兴趣。瓦特虽然只受过一年的机械制造训练,但却具有非凡的发明天才。他对牛考门机所做的改进非常重要,所以人们认为是他发明了第一台有实用价值的蒸汽机。

追根究底的少年

1736年1月19日,瓦特出生在苏格兰格拉斯哥市附近的一个小镇,父亲是一名船工,并且投资了一些商船,母亲则来自当地的望族,接受过良好的教育。少年时代的瓦特,由于体弱多病,只有断断续续的上学读书。

在学校上课时,瓦特的数学成绩很优秀,却因生病而退学,还好在父母的悉心教导下,他一直坚持自学。由于刻苦好学,有时读书通宵达旦。6刚时,瓦特便开始学习几何学,15岁就能读懂《物理学原理》等书籍。此外,瓦特的手非常灵巧,很快就学会木工、金属冶炼和加工等工艺技术。他常常自己动手修理和制作起重机、滑车和一些航海机械。

1756年,格拉斯哥大学的一名教授发现了瓦特的手艺,引荐他进入大学,成为学校教学仪器的技工。因为学校拥有较完善的仪器设备,瓦特在修理仪器时,有机会了解先进的技术,开阔了他的眼界。这时,他对以蒸汽作为动力的机械产生浓厚的兴趣,开始收集相关资料,还因此学会意大利文和德文。

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事实上,蒸汽机算不上是瓦特发明的。因为在瓦特之前,已经有人发明了蒸汽机,虽然实用性能还不是很高。后来,牛考门把蒸汽机用到了煤矿抽水。

瓦特所做的第一项重大革新就是增加一个独立的凝汽室,于1769年获得专利权。他还使蒸汽缸与外界绝缘,又于1782年发明了双动发动机。连同一些较小的革新一起,这些发明使蒸汽机的效率至少提高了四倍。实际上效率的提高意味着一台华而不实的装置与一台有巨大工业价值的机械之间的差别。

发明改良蒸汽机

澳门金沙vip【金沙国际欢迎你】,从最初接触蒸汽技术,直到瓦特蒸汽机研制成功,虽然经过多次挫折,但他坚持不懈,终于完成了蒸汽机的革新,使它能够广泛的应用。

蒸汽机的发明有悠久的历史。虽然一般人都认为瓦特是蒸汽机的发明者,其实在他之前,蒸汽机早就已经出现了,当时工厂使用的是“纽考门蒸汽机”,但它的耗煤量大,效率低,因此用途不广。

1764年,格拉斯哥大学有一台教学用的纽考门蒸汽机模型坏了,学校就委托瓦特来帮忙修理。瓦特不但很快的修好这台机器,并且趁机对当时世界上最先进的蒸汽机模型进行深入研究,他还向大学中的物理、化学教授虚心求教,加上自己刻苦钻研,终于找到了纽考门蒸汽机耗煤量大、效率低的原因。

瓦特根据热原理,计算出一定量的煤能烧出多少蒸汽。他发现纽考门蒸汽机只有25%的蒸汽可用来作功,其余的75%都浪费在气缸的冷热交换。经过深思,瓦特开始有了将冷热蒸汽分开的构想,其中气缸必须保持高温,负责作功;至于冷凝器则要维持低温,负责使蒸汽冷却。

为了进一步改造蒸汽机,瓦特利用德国人1772年发明的排气阀,使气缸能连续往复运动;经过反复修改,瓦特再利用缩放仪的原理,研制出行星齿轮构造,让往复运动变成圆周运动。经过3次的改革,瓦特的蒸汽机正式完成。

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16世纪,随着英国人口和工业的发展,对燃料的需求也不断增加,造成了森林资源的过度砍伐。因此,国家需要找到新的能源来替代木材燃料,煤矿无疑成了很好的选择。然而,露天的的煤矿很少,进入地下深处开采煤矿又是一项高危的工作。在这种背景下,牛考门稍加改进的蒸汽机,被用于矿井开采之中,用于排除矿井透水积水问题,然而效率并不理想。

1781年,瓦特还发明了一套齿轮,从而使蒸汽机的往复运动变换成为旋转运动。这套齿轮使蒸汽机的用途增多。瓦特又发明了自动调节蒸汽机运转速度的离心式调速器(1788年)、压力计(1790年)、计数器、示功器、节流阀以及许多其他仪器。

工业革命的推动者

瓦特对人类发展有划时代地贡献,为了纪念他,人们以“瓦特”作为功率的单位。

瓦特蒸汽机的燃煤量不到纽考门蒸汽机的一半,但效率更高,因此迅速被英国的矿场采用。1784年4月,英国政府授予瓦特制造蒸汽机的专利证书,之后的50年间,全英国增加了一万五千台蒸汽机,可说是推动当时社会前进的动力。

得到专利权后,瓦特依然持续研究改良蒸汽机,让蒸汽机能够应用在更多地方,如纺织、食品、印刷工厂等。1800年,蒸汽机的专利权到期,瓦特便过着退休的悠闲生活,早年体弱多病的他,年老时却非常健康。

瓦特一生中获得过许多荣誉。最主要的有:1785年获选英国皇家学会会员;1806年格拉斯哥大学授予博士学位;1814年成为法兰西科学院外籍院士。瓦特临终前不久,英国国王想赐给他爵位,但是被瓦特拒绝了,他一生不求名利,唯一孜孜不倦追求的是发明创造。

1819年8月25日,这位大发明家走完了他的人生之旅。为了纪念他,人们修建了很多纪念碑,国际单位制中的功率单位也以瓦特(Watt)的姓氏来命名。

由于瓦特的发明,人类的工业动力由人力、马力演变为蒸汽,因此他被认为是引发第一次工业革命的重要人物。虽然现代蒸汽动力被电力所取代,但瓦特的贡献已让他的名字永远刻在历史上!

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事实上,牛考门的蒸汽机可以简单称为“气压机”。这台机器利用蒸汽的力量制造真空来抽水,可以昼夜不停地运作。然而,蒸汽的产生需要大量的能量来提供,也就是说需要消耗大量的煤,因此也只能用在煤矿开采上,毕竟近水楼台,煤矿丰富。

瓦特本人没有很好的经商头脑。但是他在1775年同一个非常能干的商人、工程师马娄·布尔顿合股成立了一个瓦特—布尔顿公司。该公司生产了大量的蒸汽机,两个股东也都成了富翁。

牛考门的蒸汽机,需要将冷水灌入汽缸中,冷凝其中的水蒸气。但在蒸汽冷凝过程中,汽缸本身的温度也降低了。这就需要更多燃料来反复加热汽缸,造成巨大的能耗。

对蒸汽机的重要性无论怎样估计都不为过分。当然在工业革命中出现了许多其他发明,如在采矿,冶炼和许多工业机械等方面都有所发明。其中的几项发明如滑轮梭子(约翰·凯,1733年)和勒尼纺纱机(詹姆斯·哈格瑞夫斯法,1764年)皆出在瓦特着手之前。其他发明中的大多数只代表了小改小革,没有哪一项能单独地对工业革命起举足轻重的作用。然而蒸汽机则不同,它起着关键性的作用,没有它,工业革命就会面目全非。在它之前虽然风车和水轮有一定的用途,但是主要的动力源一向是人的肌体,这个因素严重地限制了工业生产力。随着蒸汽机的发明,这条限制消除了。现在有了可供生产使用的巨大能量,生产也就随之有了巨大的增长。1973年禁运石油使我们认识到缺乏能量会多么严重地阻碍工业的发展,这个经历会使我们粗浅地认识到瓦特的发明对工业革命的重要意义。

1764年,瓦特被派去修理一台牛考门的蒸汽机,在这期间瓦特便是研究如何改良蒸汽机。说起瓦特与蒸汽机的良缘,不得不提瓦特与水壶的故事。相传在瓦特小时候,烧水时看到水壶里喷出来的蒸气,把壶盖子顶的发出格登格灯的响声,使得他与蒸汽机结下了良缘。