英國(guó)本土并不大，形狀和面積都很像中國(guó)的陜西省，而且同樣是東南部工商業(yè)發(fā)達(dá)，北部煤炭?jī)?chǔ)量豐富。英國(guó)用煤歷史悠久，早在9世紀(jì)的時(shí)候英格蘭的修道士們已經(jīng)用煤來(lái)取暖。到17世紀(jì)初，木材已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足工商業(yè)和城市化的需要，英國(guó)的鑄銅工人、染布工人、制磚者、啤酒制造者、金屬加工者、煮鹽者以及面包師等都以煤取代了木材作為燃料。
那時(shí)候，英國(guó)的采礦業(yè)已發(fā)展到相當(dāng)?shù)囊?guī)模，許多礦井遇到積水問(wèn)題，一般靠人力或畜力轉(zhuǎn)動(dòng)轆轤來(lái)提水，成本很高。而現(xiàn)場(chǎng)豐富而廉價(jià)的煤，促使許多人開(kāi)始進(jìn)行“以火力提水”的探索和試驗(yàn)。
其實(shí)，蒸汽機(jī)的原理早就被人類(lèi)發(fā)現(xiàn)了，它的鼻祖甚至可以追溯到2000年前古希臘數(shù)學(xué)家希羅（Hero of
Alexandria）發(fā)明的汽轉(zhuǎn)球（如圖），它能利用蒸汽噴出時(shí)產(chǎn)生的沖力，帶動(dòng)球體不停的旋轉(zhuǎn)。也許這位先知已經(jīng)看到了這神奇力量的曙光，但在當(dāng)時(shí)的社會(huì)環(huán)境下，那個(gè)裝置只不過(guò)被別人當(dāng)作一個(gè)玩具而已。
1601 年，意大利物理學(xué)家包爾塔設(shè)計(jì)出一種利用蒸汽提水的裝置，它利用蒸汽對(duì)水面的壓力和冷凝后產(chǎn)生的真空，通過(guò)管子把水吸上來(lái)。用同樣的原理，17世紀(jì)末，英國(guó)人薩弗里制成了第一臺(tái)實(shí)用的蒸汽提水機(jī)，但汲水深度不能超過(guò)六米。后來(lái)，紐可門(mén)及其助手首次引入了活塞裝置，用一根連接桿驅(qū)動(dòng)井中獨(dú)立的提水泵，這種蒸汽機(jī)在歐洲被迅速推廣。但紐可門(mén)的機(jī)器在氣缸加熱和冷卻過(guò)程中能量損耗嚴(yán)重、熱效率低，英國(guó)的儀器修理工詹姆斯·瓦特在修理紐可門(mén)機(jī)時(shí)，對(duì)蒸汽機(jī)做了重大改進(jìn)，它將冷凝器與汽缸分離，還增加了曲軸和齒輪傳動(dòng)以及離心調(diào)速器等裝置。改良后的蒸汽機(jī)的熱效率成倍提高，煤耗大大降低。從1769年開(kāi)始，瓦特取得了一系列專(zhuān)利，為紀(jì)念他的貢獻(xiàn)，人們甚至將功率的單位命名為“瓦特”。
瓦特的創(chuàng)造性工作使蒸汽機(jī)被更廣泛的應(yīng)用起來(lái)。蒸汽機(jī)很快就從提水機(jī)械，發(fā)展成可以普遍應(yīng)用的“發(fā)動(dòng)機(jī)”。推動(dòng)冶煉、紡織等各行業(yè)從手工勞動(dòng)向機(jī)器動(dòng)力轉(zhuǎn)變。據(jù)統(tǒng)計(jì)，有了蒸汽機(jī)的幫助，英國(guó)的紡織品產(chǎn)量在20多年內(nèi)(從1766年到1789年)增長(zhǎng)了5倍，為市場(chǎng)提供了大量消費(fèi)商品。
蒸汽機(jī)很快還走出生產(chǎn)車(chē)間，引發(fā)了人類(lèi)交通運(yùn)輸?shù)淖兏铩?/p>
影響最大的是英國(guó)人史蒂芬孫。1814年，煤礦工人出身的史蒂芬孫制造出蒸汽機(jī)車(chē)，并開(kāi)始在奇林沃茲煤礦負(fù)責(zé)運(yùn)煤。十年后，也就是1825年9月27日，世界上第一條公用鐵路在英國(guó)的斯托克頓-達(dá)靈頓正式通車(chē)，在盛況空前的通車(chē)典禮上，由機(jī)車(chē)、煤水車(chē)、32輛貨車(chē)和1輛客車(chē)組成的載重量約90噸的“旅行”號(hào)列車(chē)，由史蒂芬孫親自駕駛，鳴響了近代鐵路運(yùn)輸業(yè)前進(jìn)的號(hào)角。鐵路以其迅速、便利、經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)，深受社會(huì)各界追捧，就在英國(guó)對(duì)中國(guó)發(fā)動(dòng)鴉片戰(zhàn)爭(zhēng)的時(shí)候，英國(guó)國(guó)內(nèi)正掀起鐵路修建的高潮。到1880年，主要的線(xiàn)路基本完成。1890年全國(guó)性鐵路網(wǎng)形成，路網(wǎng)總長(zhǎng)達(dá) 32000公里。
其實(shí)在蒸汽火車(chē)之前，已經(jīng)有人制造出蒸汽輪船，只不過(guò)一直遭到了傳統(tǒng)河運(yùn)經(jīng)營(yíng)者的反對(duì)和破壞。美國(guó)工程師富爾頓得到了拿破侖的支持，終于在1807年完成了“克萊蒙特號(hào)”的建造，這條船長(zhǎng)45米，沒(méi)有帆，卻有兩個(gè)奇怪的大煙筒，因?yàn)樗惭b上了當(dāng)時(shí)最好的瓦特蒸汽機(jī)?！翱巳R蒙特號(hào)”在紐約下水時(shí)，河岸上擠滿(mǎn)了好奇的觀眾。它沿哈得遜河逆流到達(dá)阿爾巴尼城，240公里用了32小時(shí)，而普通的帆船航行這段航程需要四天四夜?！翱巳R蒙特號(hào)”試航成功，宣布了曾成就“大航?！钡姆瑫r(shí)代落幕。
人們把18世紀(jì)后半期工廠手工業(yè)向機(jī)器大工業(yè)過(guò)渡的階段稱(chēng)為工業(yè)革命，雖然在此之前一些技術(shù)革新已經(jīng)在紡織工廠里進(jìn)行，比如，阿克萊特的水力紡紗機(jī)、哈格里夫斯的珍妮紡紗機(jī)，但人們更愿意將解決了動(dòng)力問(wèn)題的蒸汽機(jī)作為工業(yè)革命的標(biāo)志。
蒸汽機(jī)產(chǎn)生前，靈巧的工匠們能制造出精密的機(jī)械裝置，比如瑞士的鐘表匠就造出過(guò)能寫(xiě)字、彈琴的機(jī)器人，但它必須要人們預(yù)先上好發(fā)條才能動(dòng)起來(lái)。也有很多人幻想過(guò)有一種機(jī)械，在不需要外力的情況下能不停的運(yùn)轉(zhuǎn)。這種被稱(chēng)為“永動(dòng)機(jī)”的魔力甚至吸引了很多大科學(xué)家，比如：文藝復(fù)興時(shí)期的達(dá)·芬奇、英國(guó)大科學(xué)家牛頓都曾耗費(fèi)很多精力致力于永動(dòng)機(jī)的研究。但在不停實(shí)踐探索中，人們逐漸發(fā)現(xiàn)世界上沒(méi)有永動(dòng)機(jī)。1775年，法國(guó)科學(xué)院甚至通過(guò)一項(xiàng)決議，宣布永不接受永動(dòng)機(jī)。
但蒸汽機(jī)不是永動(dòng)機(jī)，它的能量來(lái)源于熱能的轉(zhuǎn)換。燃料加熱鍋爐，將水燒開(kāi)，產(chǎn)生蒸汽，蒸汽進(jìn)入汽缸，推動(dòng)活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生我們需要的機(jī)械動(dòng)力。
在蒸汽機(jī)的制造、改進(jìn)的同時(shí)，通過(guò)對(duì)摩擦、效率等問(wèn)題的研究，人們也加快了對(duì)能量轉(zhuǎn)換規(guī)律的科學(xué)認(rèn)知。經(jīng)過(guò)焦耳等多位科學(xué)家的努力，人們對(duì)能量轉(zhuǎn)換給出了最簡(jiǎn)單的總結(jié)：能量既不會(huì)憑空產(chǎn)生，也不會(huì)憑空消失，它只會(huì)從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到其它物體，而能量的總量保持不變。這就是能量守恒定律，它人類(lèi)對(duì)自然界普遍規(guī)律的一次偉大認(rèn)識(shí)。
火的使用是人類(lèi)走出動(dòng)物界的重要標(biāo)志，在冰河時(shí)代人類(lèi)利用火堆發(fā)出的熱能抵御了寒冷；在黑暗的夜晚人類(lèi)用火發(fā)出的光照耀光明；后來(lái)人類(lèi)又用火燒制出了陶器、冶煉出鐵器；而這次，人類(lèi)用燃燒的烈火讓巨大的機(jī)器轉(zhuǎn)動(dòng)了起來(lái)。
燃燒的煤炭成了工業(yè)革命的動(dòng)力之源。1789年法國(guó)大革命發(fā)生時(shí)，英國(guó)年產(chǎn)煤1000萬(wàn)噸。在19世紀(jì)中葉，英國(guó)煤炭產(chǎn)量占世界總產(chǎn)量的2/3。一位法國(guó)參觀者對(duì)英國(guó)的變化感到大為驚異。他寫(xiě)道：“煤是英國(guó)制造業(yè)的靈魂”。
令人稱(chēng)奇的是，提出能量守恒定律的焦耳也曾廢寢忘食的研究過(guò)永動(dòng)機(jī)，后來(lái)又是他最早提出世界能源危機(jī)，他計(jì)算了英國(guó)的煤蘊(yùn)藏量，根據(jù)能量轉(zhuǎn)換的效率，推算出在1965年，英國(guó)就會(huì)無(wú)煤可用，并建議英國(guó)要不斷地尋找取得能源的新方式。關(guān)于人類(lèi)生產(chǎn)造成的能源危機(jī)和生態(tài)危機(jī)，我們將在后面講述。
