開發蒸汽無限的力量——瓦特

文丨林下生風

瓦特自幼體弱多病,卻憑著對科學的好奇和執著,成為工業革命的代表人物。

傳說瓦特小時候,曾經看到水壺中的水蒸汽把壺蓋頂開,使他對水蒸汽產生興趣,長大才會研究發明蒸汽機。其實瓦特并不是第一個運用蒸汽力量的人,但從這個故事中,也能看到瓦特對日常生活的好奇心,再加上他長時間的觀察和努力,才能夠研究出影響人類生活的蒸汽機。


追根究底的少年

1736年1月19日,瓦特出生在蘇格蘭格拉斯哥市附近的一個小鎮,父親是一名船工,并且投資了一些商船,母親則來自當地的望族,接受過良好的教育。少年時代的瓦特,由于體弱多病,只有斷斷續續的上學讀書。

在學校上課時,瓦特的數學成績很優秀,卻因生病而退學,還好在父母的悉心教導下,他一直堅持自學。由于刻苦好學,有時讀書通宵達旦。6剛時,瓦特便開始學習幾何學,15歲就能讀懂《物理學原理》等書籍。此外,瓦特的手非常靈巧,很快就學會木工、金屬冶煉和加工等工藝技術。他常常自己動手修理和制作起重機、滑車和一些航海機械。

1756年,格拉斯哥大學的一名教授發現了瓦特的手藝,引薦他進入大學,成為學校教學儀器的技工。因為學校擁有較完善的儀器設備,瓦特在修理儀器時,有機會了解先進的技術,開闊了他的眼界。這時,他對以蒸汽作為動力的機械產生濃厚的興趣,開始收集相關資料,還因此學會意大利文和德文。


發明改良蒸汽機

從最初接觸蒸汽技術,直到瓦特蒸汽機研制成功,雖然經過多次挫折,但他堅持不懈,終于完成了蒸汽機的革新,使它能夠廣泛的應用。

蒸汽機的發明有悠久的歷史。雖然一般人都認為瓦特是蒸汽機的發明者,其實在他之前,蒸汽機早就已經出現了,當時工廠使用的是“紐考門蒸汽機”,但它的耗煤量大,效率低,因此用途不廣。

1764年,格拉斯哥大學有一臺教學用的紐考門蒸汽機模型壞了,學校就委托瓦特來幫忙修理。瓦特不但很快的修好這臺機器,并且趁機對當時世界上最先進的蒸汽機模型進行深入研究,他還向大學中的物理、化學教授虛心求教,加上自己刻苦鉆研,終于找到了紐考門蒸汽機耗煤量大、效率低的原因。

瓦特根據熱原理,計算出一定量的煤能燒出多少蒸汽。他發現紐考門蒸汽機只有25%的蒸汽可用來作功,其余的75%都浪費在氣缸的冷熱交換。經過深思,瓦特開始有了將冷熱蒸汽分開的構想,其中氣缸必須保持高溫,負責作功;至于冷凝器則要維持低溫,負責使蒸汽冷卻。

為了進一步改造蒸汽機,瓦特利用德國人1772年發明的排氣閥,使氣缸能連續往復運動;經過反復修改,瓦特再利用縮放儀的原理,研制出行星齒輪構造,讓往復運動變成圓周運動。經過3次的改革,瓦特的蒸汽機正式完成。


工業革命的推動者

瓦特對人類發展有劃時代地貢獻,為了紀念他,人們以“瓦特”作為功率的單位。

瓦特蒸汽機的燃煤量不到紐考門蒸汽機的一半,但效率更高,因此迅速被英國的礦場采用。1784年4月,英國政府授予瓦特制造蒸汽機的專利證書,之后的50年間,全英國增加了一萬五千臺蒸汽機,可說是推動當時社會前進的動力。

得到專利權后,瓦特依然持續研究改良蒸汽機,讓蒸汽機能夠應用在更多地方,如紡織、食品、印刷工廠等。1800年,蒸汽機的專利權到期,瓦特便過著退休的悠閑生活,早年體弱多病的他,年老時卻非常健康。

瓦特一生中獲得過許多榮譽。最主要的有:1785年獲選英國皇家學會會員;1806年格拉斯哥大學授予博士學位;1814年成為法蘭西科學院外籍院士。瓦特臨終前不久,英國國王想賜給他爵位,但是被瓦特拒絕了,他一生不求名利,唯一孜孜不倦追求的是發明創造。

1819年8月25日,這位大發明家走完了他的人生之旅。為了紀念他,人們修建了很多紀念碑,國際單位制中的功率單位也以瓦特(Watt)的姓氏來命名。

由于瓦特的發明,人類的工業動力由人力、馬力演變為蒸汽,因此他被認為是引發第一次工業革命的重要人物。雖然現代蒸汽動力被電力所取代,但瓦特的貢獻已讓他的名字永遠刻在歷史上!


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