万能蒸汽机的发明者——瓦特

2016-11-09 作者: xuzhiping 浏览: 872 次

摘要: 瓦特是英国著名的发明家,是工业革命时期的重要人物。1736年1月19日生于英国的格拉斯哥。父亲是一个造船工人,后来经营造船业和建房业,做过制造兼出售航海仪器的小商人。 瓦特从小身体虚弱,经常生病,到了上学年龄,还没有进学校读书。聪慧温柔、循循善诱的母亲,不仅教....

瓦特是英国著名的发明家,是工业革命时期的重要人物。1736年1月19日生于英国的格拉斯哥。父亲是一个造船工人,后来经营造船业和建房业,做过制造兼出售航海仪器的小商人。

瓦特从小身体虚弱,经常生病,到了上学年龄,还没有进学校读书。聪慧温柔、循循善诱的母亲,不仅教瓦特读书写字,学习语文和数学知识,还热心地鼓励孩子玩各种工具和器物,培养他观察思考问题的兴趣和动手实践的能力。

有一个流传很广的故事:瓦特在童年时,有一天,壶里的水开了,蒸汽把壶盖冲得“噗噗”作响。这种现象司空见惯,却使瓦特发生了很大的兴趣。他目不转睛地盯着翻动不止的壶盖,一心思索着蒸汽的力量,竟在炉旁呆了1个多小时。姨母看见了, 责骂他是个“懒孩子”。她哪里知道,正是这种强烈的好奇心和寻根究底的品质,才导致瓦特作出了人类历史上的重大发明!

后来,瓦特进了格林诺克的文法学校,数学成绩名列前茅,但是由于身体不好,没有毕业就退学了。在家里,他并没有虚度光阴,仍然坚持自学。他在养病期间,躺在床上手不释卷,博览群书。他钻研天文学、物理学、化学等多种科学知识,自学了好几种外语。

瓦特的另一个“学校”是父亲的工厂,他经常在那里向工人师傅学习技术,制作各种机械模型,修理航海仪器,进行化学和电学实验。经过长时间的实践,他获得了丰富的木工、金属冶炼和机械加工制造、仪器修理等多方面的工艺技术,为后来的发明打下了坚实的基础。

瓦特17岁那年,父亲经商失败,家里清贫如洗。瓦特被迫出外谋生,到格拉斯哥一家钟表店学手艺。1755年到伦敦,给有名的机械师当学徒。他勤奋学习,努力钻研,技术提高很快,不久就会制造难度较大的经纬仪、罗盘等仪器了。

1757年,经朋友介绍,瓦特到格拉斯哥大学当修造教学仪器的工人。在大学里,瓦特结识了化学家布莱克,以及当时是学生后来成了物理学教授的鲁宾逊。瓦特虚心地向他们求教,学到不少科学理论知识。他们三人经常在一起,讨论研究改进蒸汽机的问题。

蒸汽机是一种利用蒸汽把热能转变成机械能的动力装置。人类对蒸汽机的认识和利用,经历了一个漫长的历史过程。

16世纪和17世纪之交,随着资本主义的产生和发展,在社会需求的推动下,不少人试图制作以蒸汽为动力的排水、提水机具。1601年,意大利人波塔提出用蒸汽压力提水的设想。1615年,法国人德•高斯设计了蒸汽喷水器。1659年,土耳其人德雷提出在德•高斯的喷水器上加一个锅炉来排水。1690年,法国人巴本首先制成了带有活塞和汽缸的实验性蒸汽机。所有这些装置和器具虽然都没有在生产上得到实际使用,但却为以后制造可供实用的蒸汽动力装置积累了正、反两方面的经验。

1698年,英国矿山技师萨维里制成一个蒸汽水泵。这是一个用人工操作、利用蒸汽压力把管子中的水排出去的装置,也是第一台实际用于矿井排水的蒸汽动力装置。

1705年,英国铁匠纽可门研究了巴本和萨维里的蒸汽动力装置,制成了一部能较大规模地将热能转变为机械能的实用蒸汽动力装置。这种装置具有带活塞的封闭的圆筒汽缸,是蒸汽机最早雏形。从1712年起,它在英国各矿井使用,并用于农田灌溉。但纽可门蒸汽机有耗煤量大、热效率低,只能做往复直线运动的缺点。这些缺点限制了它的应用。

真正有巨大工业价值的蒸汽机是经过瓦特做出重大改进的蒸汽机。

在1761〜1762年,瓦特曾进行过改进蒸汽机的试验,但没有得到什么结果。1764年,格拉斯哥大学委托他修理一台纽可门蒸汽机。纽可门蒸汽机是靠蒸汽进入汽缸推动活塞上升的,然后再喷射冷水,使汽缸的温度下降,缸内蒸汽凝结,形成部分真空,利用大气压将活塞推回。瓦特在修理这种蒸汽机的过程中发现,活塞每一次上升后,汽缸和活塞同时被冷却,然后为了下一次活塞上升,又需要重新加热,因此有许多热量被浪费掉了,这就是纽可门蒸汽机效率低的重要原因。为了避免汽缸一热一冷而消耗大量热量,他想到了把冷凝过程从汽缸内分离出来,即在汽缸外单独加一个冷凝器而使汽缸始终保持高温状态。瓦特按照自己的设想于1765年设计了一个与汽缸分离的冷凝器,经过多次试验失败及不断改进,终于在1769年制成了一台单动作蒸汽机。这种蒸汽机的耗煤量比纽可门蒸汽机少3/4,动作也较纽可门蒸汽机迅速、可靠。

瓦特并不满足于已取得的成就,1781年他又制成了从气缸两边推动活塞的双动作蒸汽机,并采用英国人司提德发明的曲柄机构,将往复的直线运动转变为旋转运动。1788年瓦特发明了离心调速器和节气阀,利用反馈原理自动控制蒸汽机的转速。经瓦特一系列的改进,蒸汽机已经能驱动各种机器,迅速为各个工业部门所采用。

在18世纪中叶以前,生产的动力主要是人力、畜力、风力和水力,同这些动力相比,蒸汽动力具有巨大的经济优越性和使用方便性。瓦特的发明,使蒸汽机变成适用于一切工业部门的动力机械。1807年第一艘蒸汽轮船的制造成功,1814年第一台实用蒸汽机车的问世,以及许许多多以蒸汽为动力的机械装置的发明,无不是瓦特蒸汽机发明导致的结果。可以说,没有瓦特的发明,就不会有当时的工业革命。到19世纪三四十年代,蒸汽机已在全世界广泛应用,进入所谓“蒸汽时代”。

瓦特是一位伟大的发明家。他把主要精力集中于蒸汽机的发明,前后达20余年。他的发明促进了生产力的发展,推进了科学技术的进步。1785年瓦特被选为伦敦皇家学会会员,1814年被接收为法国科学家协会的国外会员。

1819年8月25日,瓦特在希思菲尔德郡的家里逝世,终年85岁。他去世后,威斯敏斯特大教堂为他立了塑像。

后来,人们为了纪念瓦特,用他的名字“瓦特”作为计算功率的单位。瓦特那种谦虚好学、善于思考、百折不挠、注重实践的优秀品质,成为人们学习的榜样。

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