谁发明了蒸汽机

谁发明了蒸汽机

一提到产业革命最重要的条件——蒸汽机的诞生，人们立刻会联想到瓦特的名字。 但事实上，最早发明蒸汽机的并不是瓦特。 应当说，利用蒸汽作动力的思想是由来已久的，最有名的是亚力山大时代的天才人物海隆。 早在公元前二世纪，他就曾用热空气和蒸汽作动力开动过机械玩具。只是由于当时的社会生产力状况对这种人为的动力源尚无迫切需要，因而海隆的试验不过是供人们一时玩乐而已。 到 17、18 世纪，随着社会生产力的发展，对人工动力的需要逐步突出了。 当时英国要解决采煤炼铁问题，而采煤需要强大的动力在矿井中排水。据说有一个矿竟用 500 匹马来做这项工作，这就大大影响了矿主的赢利。 于是，人们开始进行各种各样蒸汽机设计和制造。而最先取得成功的，是纽科门。 纽科门是达特默恩的一个金属器具商，他对德温和康沃尔的矿井很熟悉，知道矿井的抽水是一个难题，他决心解决这个问题。后来，他花了 10年的时间作实验，终于在 1705 年搞出了第一台用蒸汽推动活塞工作的抽水机。其工作原理是：蒸汽机有一个顶上开口的垂直汽缸，活塞杆用链子连在枢轴上转动的横梁的一端，泵杆则用链子连在横梁的另一端。当泵杆下降时，其重量便将活塞从汽缸中提起。与此同时，一个阀门打开，让从锅炉来的蒸汽在活塞下充满汽缸。当活塞到达顶点时，蒸汽供给卡断，另一个阀门打开，开始喷射冷水，蒸汽的冷凝在汽缸内造成真空，活塞上端受到的大气压力便将活塞下推。这种动力冲程举起泵杆，从而将矿井的水抽出。这台蒸汽机的诞生，是人工动力上的一个重大突破。但因耗煤量太大，在远离煤矿的地方难以应用，不能满足当时的需要。 对纽科门蒸汽机进行根本性变革的是瓦特。 瓦特是英国商人的儿子，19岁到伦敦当学徒，学习仪器制造，21 岁在格拉斯哥大学修理和制造仪器。瓦特经常和一些教师讨论改进蒸汽机的问题，增长了不少科学知识。在 1761年和 1762 年，他做过一些改进蒸汽机的试验，但没有取得进展。 1764 年，学校把一台纽科门蒸汽机交给瓦特修理。瓦特在试图降低蒸汽消耗量的努力失败后，开始探讨蒸汽机的工作原理。他发现纽科门蒸汽机效率低的一个原因是消耗不少热量用来加热汽缸本身。他想到，如果冷却在汽缸外的另一个容器里进行，那就既有利于降低冷却温度，又有利于保持汽缸的温度。经过实验，果然证实了他的设想。 1765 年，29 岁的瓦特发明了带有单独冷凝器的蒸汽机。由于把汽缸和另外一个冷凝器相连接，使用过的蒸汽在冷凝器中凝结成水，这就能使汽缸在运行中始终保持一定温度，从而大幅度地节省了燃料。四年之后，瓦特取得专利权，并被称为“专利之王”。 瓦特并没有因此满足，他在伯明翰的机械厂主博耳顿的合作与支持下，继续进行实验。后来，他又发明了蒸汽机的分汽阀以及能使蒸汽机往复运动变成旋转运动的机构。这样，蒸汽机在它的主要方面就和今天差不多了。 发明蒸汽机之后，瓦特又在考虑怎样表达这种机器的效率问题。在这之前，人们是用马来作动力，所以人们对于马有多大气力有个习惯的估计。瓦特想到，说明机器效率最好是和马来比较。于是，他从一家啤酒厂借来几匹拉车的马进行试验。他用一个重 100 磅的东西，拴上一条长长的绳索，再把重物放进深井里，然后通过一个滑车用马拉。结果，这匹马拉着 100 磅的重物，每分钟可以走 220 英尺，每分钟可做 22000 英尺磅的功。考虑到滑车的摩擦会消耗一些气力，瓦特又给 220 英尺加上了 50％，成为 330 英尺。这样所做的功便相当于每分钟 33000 英尺磅，即每秒 550 英尺磅了。他把这个数字称为一“马力”。“马力”这个单位就是这样来的。