家家户户都是生火烧水做饭。对这种司空见惯的事,有谁在意过呢?瓦特就在意了。
1736年,瓦特出生于苏格兰西部格里诺克的一个工人家庭。瓦特从小家里就很穷,他受了很多苦,十几岁时,就开始当学徒,学习机械修配和制造。
1756年,瓦特学期未满就到了苏格兰的格拉斯哥。他特别想自己开个店,但是他的学徒期太短,不符合独立经营的标准,因此没有获得当局的批准。就这样,瓦特到了苏格兰格拉斯哥大学找到一份工作,即做机修工。作为一名机修技师,瓦特对业务刻苦钻研。他勤奋认真,虚心请教大学里有经验、有知识的老师。在大学里,瓦特结识了著名物理学家布莱克教授。从那里,他学到了关于热学的知识,这对他日后的发明益处很大。
17世纪的前期与中期,人们已经了解了大气压力和真空概念。在此之前早就有人利用蒸汽做动力了,1601年波尔塔就在《神灵三书》中设计过一个蒸汽的实验器械。
法国工程技师巴本在1679年制作了“蒸煮器”,就像现代的高压锅。他用自己的“蒸煮器”煮食品、做饭,味道很好,而且熟得很快,易烂可口。就这样,巴本进一步研制了蒸汽机。他研制了世界上第一台带活塞的蒸汽机。在汽缸底部放有少量的水,一加热,水的蒸汽就会推动活塞;当停止加热时,汽缸下落,就可以提供动力。后来,英国政府为了解决矿井排水问题而奖励研究者,公开悬赏,希望有人能解决这个问题。因为矿井太深,用机械排水需要很多人或牛马,既费时又费力。
英国工程师萨费里发明了蒸汽泵来解决这个问题。1698年,萨弗里的蒸汽泵申请了专利,开始投入使用。蒸汽泵成为世界上第一台投入实用的蒸汽机。
进一步对其改造的是英国工程师纽可门。1705年,纽可门与萨费里讨论问题,改造了他的方案,设计了一台较先进的蒸汽机。纽可门为了提高降温冷凝的速度,向汽缸里装了一个冷水喷射器,于是可以达到快速降温,使空气冷却的目的。1712年,英国的煤场与矿场基本上全换成了新式的纽可门蒸汽机。
瓦特在格拉斯哥大学做了很长时间的技师。到了第六个年头,也就是在1764年,学校买了一台纽可门的蒸汽机用来做实验。可是这台蒸汽机常常不灵。瓦特认真地研究了这台蒸汽机,发现了问题。瓦特发现,纽可门蒸汽机最大的缺点是蒸汽不能被有效地利用、浪费太多,不能使汽缸降温。
据说1765年,瓦特想到了空气的弹性,他是在天空中看云时而联想到的,这也和他一年多的冥思苦想是分不开的。因为蒸汽有弹性,所以蒸汽加热膨胀后,会向真空的地方移动。在这个地方另外设计部件,可以进行冷却降温,而使汽缸保持温度。瓦特对自己想法的产生是这样描述的:“那是在一个晴朗的下午,我记得是星期天。我从察罗托街的城门走出,到了草地,又路过旧的洗衣店。我一直考虑蒸汽机的事情。后来进了牧人的农舍。我突然就想到了蒸汽是有弹性的物质,所以可以向真空中移动。要是把汽缸和排气的容器相通,那么蒸汽突然用极大的速度冲进容器,就可以在容器中降温而凝结。当我把问题想清楚的时候,还没有走过高尔夫球场呢。”
瓦特所谓增加的装置就是冷凝器。它和一个可以调节的开关相连接,高温的蒸汽注入汽缸之后,开关自动关上,这样密封住气体。做功后打开开关,蒸汽马上进入冷凝器,冷却之后,在冷凝器和汽缸内场就会形成真空。这样活塞在大气压力下就可以做功了。
1669年,瓦特造出第一台蒸汽机样品,他把自己的冷凝器发明申请了专利。在布莱克与技师威尔金森的帮助下,解决了汽缸和活塞之间的漏气问题,制造出了更加精密的汽缸和活塞。到了1781年,瓦特又改变了蒸汽机只能直线做功的状态,他用齿轮装置将活塞的直线往复式运动转化为轮轴的旋转运动。
1782年,瓦特想到更进一步的方案,即双缸蒸汽机。这样一来,蒸汽机效率大幅度提高,终于可以成为机械动力之源了,蒸汽时代由此开始。新式的蒸汽机被广泛运用,包括采矿、纺织、冶金、机械加工等各种行业。马克思认为,蒸汽机的发明,在很短的时间内把世界万事万物都改变了。
1790年,瓦特改良的蒸汽机基本取代了旧的蒸汽机。瓦特还发明了离心调节器,这个发明使蒸汽量得到了控制。
1800年,瓦特被选入皇家学会。
知识扩展
巴本
1679年,法国物理学家丹尼尔·巴本在用高压锅煮饭的时候发现蒸汽会从锅里泄露出来,由此点燃了他灵感的火花。他立刻制造了一架简易蒸汽机的工作模型,由此引起了蒸汽机的发明风暴。
奇思妙问
蒸汽时代开始的标志是()。
A.牛顿发现万有引力
B.霍金的研究
C.瓦特发明双缸蒸汽机
D.开普勒
答案:C
原文链接:https://www.bilibili.com/read/cv16945018/