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其实讲瓦特发明蒸汽机的说法并不准确,蒸汽机在瓦特之前就有了。瓦特是改进了蒸汽机,或者说他发明了一种万用蒸汽机,让蒸汽机被广泛应用。 最早发明蒸汽机的是英国工匠托马斯牛卡门,他一七一零年发明了一种固定的单向做工的蒸汽机,用于解决煤矿的抽水问题。 这是人类第一次能够利用生物能和自然能以外的动力。但是牛卡门发明的蒸汽机非常笨拙,而且适用性差,效率低下,因此从来没有能走出英国,其意义更多是象征性的。在随后的半个多世纪里,没有人能够改进他, 这不是因为工匠们不想改进,而是他们根本就不知道如何改进。在牛顿和瓦特之前,一项技术的进步需要非常长的时间来积累经验,或者说获得信息和知识的过程 非常漫长,常常要持续几代人。瓦特和他之前的工匠都不同,他是通过科学原理直接改进蒸汽机,而没有靠长期经验的积累。虽然各种励志读物把它描写成没有上过大学,仅靠自己的努力实现成功逆袭的人物,但这其实是对瓦特生平的误解。 瓦特生长在一个中上层家庭,学习成绩优异,从小就爱摆弄各种机械,只是因为后来父亲破产,他才失去了上大学的机会。由于他天资聪颖,善于修理各种机械,因而得以进入苏格兰的格拉斯歌大学,并当上了修理仪器的技师。 在格拉斯哥大学,他利用工作之便系统的学习了力学、数学和物理学的课程,并与教授讨论理论和技术问题。因而,瓦特后来改进蒸汽机的想法不是来自经验,而是来自理论,这和当年牛顿发明反射射 望远镜的过程很相似。一七六三年,格拉斯哥大学的一台牛卡门蒸汽机坏了,正在伦敦修理。瓦特格之后请求学校取回了这台蒸汽机,并亲自修理。很快,瓦特就把这台蒸汽机修好了, 但是他的效率实在太低。瓦特仔细分析的原因发现,这种蒸汽机的活塞每推动一次气缸里的蒸汽,都要经历先冷凝然后再加热的过程,使得百分之八十的热量耗费在维持气缸的温度上。 此外,这种蒸汽机只能做直线运动,不能做圆周运动。瓦特决定改进蒸汽机,他将冷凝器与气缸分离开来,并且在一七六五年制造了一个可以运转的模型。 然后他就离开了大学,专心研制新的蒸汽机。不过,设计出模型和造出蒸汽机是两回事。首先,资金就是一个大问题。所幸的是, 当时一位名叫约翰罗巴克的工厂主给了瓦特资金上的支持,但是由于当时金属加工的水平不高,因此活塞和气缸一直做不好。这样八年很快就过去了。到了一七七三年,罗巴克破产,瓦特依然没有造出蒸汽机。 这一段时间正是瓦特一生最不走运的时期,他的太太也撒手人寰,留下五个孩子要抚养。瓦特一度想到俄国去碰碰运气, 因为那里正在高薪招聘他这样有经验的技师。这时,瓦特所在的月光社的一位朋友将他挽留了下来,这个人就是后来瓦特终生的合作伙伴马修博尔顿。在博尔顿的帮助下,瓦特得以度过难关。 一七七三年,博尔顿卖掉了自己大部分的生意,全力支持瓦特的研究工作。博尔顿在写给瓦特的信中表明了自己的决心,我将为蒸汽机的诞生创造一切条件, 我们将向全世界提供各种规格的发动机,你需要一位助产士来减轻负担,并且把你的孩子介绍给全世界。最后,博尔顿花了一大笔钱买到了罗巴克手中的那部分专利份额,从此,他和瓦特开始了他们改变世界的合作。 博尔顿的参与,施瓦特得到了更多的资金,更好的设备和技术上的支持,特别是在制造工艺方面,他们使用了当时英国的工程师约翰威尔金森制造加农炮的技术,解决了活塞与大型气缸之间的密合难题。 终于在一七七六年,第一批新型蒸汽机制造成功,并投入工业生产。博尔顿和瓦特随后赢得了大量订单,以致在接下来的五年里,瓦特常常奔波于各个矿场之间安装新型蒸汽机。这些生意给博尔顿和瓦特的公司带来了巨大的利润。在挣钱的同时,瓦特依然 没有忘记继续改进蒸汽机。除了提高蒸汽机的通用性和效率,瓦特等人还让蒸汽机能够做圆周运动,这样一来,蒸汽机的应用范围就大大的拓宽了。此后,瓦特和他的同事所发明的蒸汽机被称为万用蒸汽机。





蒸汽机,两百多年前,瓦特改良蒸汽机开始了第一次工业革命,今天老师也尝试使用乐高来搭建一个简单的蒸汽机模型,我们使用气瓶来模拟蒸汽效果,使用三位阀来作为开关, 最后加上气缸,使用气管连接在一起,就能模拟出蒸汽机的效果,通过拨弄三位阀来让气缸做上下的网部运动。根据这一原理,我们搭建了一台衡量式蒸汽机, 使用四边形连杆的方式来作为衡量,让气缸的上下运动变为轮胎的旋转运动, 后面同样使用连杆的方式来带动开关。现在让我们来试一下这个蒸汽机, 只需要稍微拨动一下,他就会开始运转了,能很明显听到出气的声音, 实在是非常的有意思。你们能想到什么别的用法吗?欢迎评论。今天又是开心的一天,我们就下周再见啦!