開發(fā)蒸汽無限的力量——瓦特

文丨林下生風(fēng)

瓦特自幼體弱多病,卻憑著對科學(xué)的好奇和執(zhí)著,成為工業(yè)革命的代表人物。

傳說瓦特小時候,曾經(jīng)看到水壺中的水蒸汽把壺蓋頂開,使他對水蒸汽產(chǎn)生興趣,長大才會研究發(fā)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(zhèn),父親是一名船工,并且投資了一些商船,母親則來自當(dāng)?shù)氐耐?,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(xù)續(xù)的上學(xué)讀書。

在學(xué)校上課時,瓦特的數(shù)學(xué)成績很優(yōu)秀,卻因生病而退學(xué),還好在父母的悉心教導(dǎo)下,他一直堅持自學(xué)。由于刻苦好學(xué),有時讀書通宵達旦。6剛時,瓦特便開始學(xué)習(xí)幾何學(xué),15歲就能讀懂《物理學(xué)原理》等書籍。此外,瓦特的手非常靈巧,很快就學(xué)會木工、金屬冶煉和加工等工藝技術(shù)。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(xué)的一名教授發(fā)現(xiàn)了瓦特的手藝,引薦他進入大學(xué),成為學(xué)校教學(xué)儀器的技工。因為學(xué)校擁有較完善的儀器設(shè)備,瓦特在修理儀器時,有機會了解先進的技術(shù),開闊了他的眼界。這時,他對以蒸汽作為動力的機械產(chǎn)生濃厚的興趣,開始收集相關(guān)資料,還因此學(xué)會意大利文和德文。


發(fā)明改良蒸汽機

從最初接觸蒸汽技術(shù),直到瓦特蒸汽機研制成功,雖然經(jīng)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(yīng)用。

蒸汽機的發(fā)明有悠久的歷史。雖然一般人都認為瓦特是蒸汽機的發(fā)明者,其實在他之前,蒸汽機早就已經(jīng)出現(xiàn)了,當(dāng)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(xué)有一臺教學(xué)用的紐考門蒸汽機模型壞了,學(xué)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(dāng)時世界上最先進的蒸汽機模型進行深入研究,他還向大學(xué)中的物理、化學(xué)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(jù)熱原理,計算出一定量的煤能燒出多少蒸汽。他發(fā)現(xiàn)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(jīng)過深思,瓦特開始有了將冷熱蒸汽分開的構(gòu)想,其中氣缸必須保持高溫,負責(zé)作功;至于冷凝器則要維持低溫,負責(zé)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(fā)明的排氣閥,使氣缸能連續(xù)往復(fù)運動;經(jīng)過反復(fù)修改,瓦特再利用縮放儀的原理,研制出行星齒輪構(gòu)造,讓往復(fù)運動變成圓周運動。經(jīng)過3次的改革,瓦特的蒸汽機正式完成。


工業(yè)革命的推動者

瓦特對人類發(fā)展有劃時代地貢獻,為了紀(jì)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(dāng)時社會前進的動力。

得到專利權(quán)后,瓦特依然持續(xù)研究改良蒸汽機,讓蒸汽機能夠應(yīng)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(quán)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(xué)會會員;1806年格拉斯哥大學(xué)授予博士學(xué)位;1814年成為法蘭西科學(xué)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(fā)明創(chuàng)造。

1819年8月25日,這位大發(fā)明家走完了他的人生之旅。為了紀(jì)念他,人們修建了很多紀(jì)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(fā)明,人類的工業(yè)動力由人力、馬力演變?yōu)檎羝?,因此他被認為是引發(fā)第一次工業(yè)革命的重要人物。雖然現(xiàn)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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