瓦特發(fā)明蒸汽機的故事

1736年，瓦特出生在英國蘇格蘭格拉斯哥市附近的一個小鎮(zhèn)格里諾克，他的父親是一個經(jīng)驗豐富的木匠，祖父和叔父都是機械工匠。少年時代的瓦特，由于家境貧苦和體弱多病，沒有受過完整的正規(guī)教育。他曾經(jīng)就讀于格里諾克的文法學(xué)校，數(shù)學(xué)成績特別優(yōu)秀，但沒有畢業(yè)就退學(xué)了。但是，他在父母的教導(dǎo)下，一直堅持自學(xué)，很早就對物理和數(shù)學(xué)產(chǎn)生了興趣。瓦特從六歲開始學(xué)習(xí)幾何學(xué)，到十五歲時就學(xué)完了《物理學(xué)原理》等書籍。他常常自己動手修理和制作起重機、滑車和一些航海器械。

1753年，瓦特到格拉斯哥市當(dāng)徒工。由于收入過低不能維持生活，第二年他又到倫敦的一家儀表修理廠當(dāng)徒工。憑借著自己的勤奮好學(xué)，他很快學(xué)會了制造那些難度較高的儀器。但是繁重的勞動和艱苦的生活損害了他的健康，一年后，他不得不回家休養(yǎng)。一年的學(xué)徒生活使他飽嘗辛酸，也使他練就了精湛的手藝，培養(yǎng)了他堅韌的個性。

1756年，當(dāng)他的身體稍有好轉(zhuǎn)，瓦特再次踏上了坎坷的道路來到格拉斯哥市。他想當(dāng)一名修造儀器的工人，但是因為他的手藝沒有滿師，當(dāng)時的行會不允許。幸運的是，瓦特的才能引起了格拉斯哥大學(xué)教授臺克的重視。在他的介紹下，瓦特進入格拉斯哥大學(xué)當(dāng)了教學(xué)儀器的工人。這所學(xué)校擁有當(dāng)時較為完善的儀器設(shè)備，這使瓦特在修理儀器時認(rèn)識了先進的技術(shù)，開闊了眼界。這時，他對以蒸汽作動力的機械產(chǎn)生了濃厚的興趣，開始收集有關(guān)資料，還為此學(xué)會了意大利文和德文。在大學(xué)里，他認(rèn)識了化學(xué)家約瑟夫·布萊克和約翰·魯賓遜等。瓦特從他們那里學(xué)到了很多科學(xué)理論知識。1764年，瓦特與表妹瑪格麗特·米勒結(jié)了婚。

1764年，學(xué)校請瓦特修理一臺紐可門式蒸汽機，在修理的過程中，瓦特熟悉了蒸汽機的構(gòu)造和原理，并且發(fā)現(xiàn)了這種蒸汽機的兩大缺點：活塞動作不連續(xù)而且慢;蒸汽利用率低，浪費原料。以后，瓦特開始思考改進的辦法。直到1765年的春天，在一次散步時，瓦特想到，既然紐可門蒸汽機的熱效率低是蒸汽在缸內(nèi)冷凝造成的，那么為什么不能讓蒸汽在缸外冷凝呢?瓦特產(chǎn)生了采用分離冷凝器的最初設(shè)想。

在產(chǎn)生這種設(shè)想以后，瓦特在同年設(shè)計了一種帶有分離冷凝器的蒸汽機。按照設(shè)計，冷凝器與汽缸之間有一個調(diào)節(jié)閥門相連，使他們既能連通又能分開。這樣，既能把做工后的蒸汽引入汽缸外的冷凝器，又可以使汽缸內(nèi)產(chǎn)生同樣的真空，避免了汽缸在一冷一熱過程中熱量的消耗，據(jù)瓦特理論計算，這種新的蒸汽機的熱效率將是紐可門蒸汽機的三倍。從理論上說，瓦特的這種帶有分離器冷凝器的蒸汽機顯然優(yōu)于紐可門蒸汽機，但是，要把理論上的東西變?yōu)閷嶋H上的東西，把圖紙上的蒸汽機變?yōu)閷嵲诘恼羝麢C，還要走很長的路。瓦特辛辛苦苦造出了幾臺蒸汽機，但效果反而不如紐可門蒸汽機，甚至四處漏氣，無法開動。盡管耗資巨大的試驗使他債臺高筑，但他沒有在困難面前怯步，繼續(xù)進行試驗。當(dāng)布萊克知道瓦特的奮斗目標(biāo)和困難處境時，他把瓦特介紹給了自己一個十分富有的朋友--化工技師羅巴克。當(dāng)時羅巴克是一個十分富有的企業(yè)家，他在蘇格蘭的卡隆開辦了第一座規(guī)模較大的煉鐵廠。雖然當(dāng)時羅巴克已近50歲，但對科學(xué)技術(shù)的新發(fā)明仍然傾注著極大的熱情。他對當(dāng)時只有三十來歲的瓦特的新裝置很是贊許，當(dāng)即與瓦特簽訂合同，贊助瓦特進行新式蒸汽機的試制。

從1766年開始，在三年多的時間里，瓦特克服了在材料和工藝等各方面的困難，終于在1769年制出了第一臺樣機。同年，瓦特因發(fā)明冷凝器而獲得他在革新紐可門蒸汽機的過程中的第一項專利。第一臺帶有冷凝器的蒸汽機雖然試制成功了，但它同紐可門蒸汽機相比，除了熱效率有顯著提高外，在作為動力機來帶動其他工作機的性能方面仍未取得實質(zhì)性進展。就是說，瓦特的這種蒸汽機還是無法作為真正的動力機。