发 明 篇

 

蒸汽机发明家瓦特

生活在20世纪90年代的人们已经对电气带给人们的种种生活便利习以为常了,人们日常生活的一切都离不开电:从使机器隆隆作响的动力到家庭照明的电灯,电能和人类的关系密不可分。同时,人类已经开始使用核能,继续开发新的能量资源。但是我们不应该忘记在人类漫长的历史进程中,还有过一个蒸汽机时代,这同样是历史上一个非同凡响的时代。由于蒸汽机的发明和完善,使人们离开手工业小作坊走进了大工厂,这个划时代的变革,历史上称为工业革命。工业革命的开始,宣告人类已告别了石器时代和铁器时代,进入了一个充满活力的蒸汽机时代。

瓦特就是一位在这划时代的变革中作出极大贡献的大发明家

1736年1月19日,瓦特出生于苏格兰的格拉斯哥市附近的格里诺克,这是一个小小港口,瓦特的父亲是一位手艺高超技术精湛的工人,他特别擅长机械的研制。瓦特的父亲在格里诺克经营了一个小作坊,专门制造和修理船上的装备。在格里诺克港口竖立的第一台塔吊,就是老瓦特建造的。

瓦特从小体弱多病。他性格文静,数学、物理等学习成绩很好。每天放学后,他总是飞一般地跑到父亲的作坊去,呆呆地看着父亲和老师傅忙忙碌碌的身影,看着老师傅们用灵巧的双手制造了一个个精美的模型。当瓦特亲眼目睹父亲修理航海仪器时那熟练的一招一式时,他简直入了迷。父亲的工作对小瓦特产生了潜移默化的影响。这种潜移默化的影响对一个孩子是极其重要的,瓦特爱上了工匠活。

17世纪中叶,欧洲的采矿业发展很快,采矿的规模越来越大,矿井越挖越深。但是操作的方法仍十分原始:为了清除不断冒出来的地下水,需要用几十匹骡马,配上几十个工人昼夜不停地把水用吊斗拉上来。这种完全依靠人力畜力的作业法,严重影响了采矿业的发展。人们急于想找到一种新的高效的动力来取代人力和畜力。许多人都想到了蒸汽和蒸汽机。

蒸汽机的发明其实有着悠久的历史。很早就有关于蒸汽动力的记载。最早的蒸汽发动机是公元1世纪亚历山大里亚的希腊几何学家和发明家希罗发明的,他曾用蒸汽作动力开动玩具。著名画家过·芬奇也留下过用蒸汽开动大炮的图样。

1698年英国军事工程师萨弗里发明了一台使用蒸汽为矿井抽水的机器,它可以抽出地下10米深处的水,这机器当时被叫作“矿工之友”,这是实际用于工业生产的第一台蒸汽机。同年,萨弗里获得了带手动阀的泵的专利。确切地说,萨弗里发明的这台机器。还只是一台蒸汽泵,并且它有许多缺点,、如效率低,容易爆炸等。

1712年,英国锻工纽可门发明了一种更有效的蒸汽机,是用g活塞把水和冷凝蒸汽隔开。纽可门的发明,被后人称为蒸汽机发展史的第一次重大突破。纽可门的机器能更好地应用于矿井排水工g作,很快这种机器在英国的煤矿和金属矿被普遍采用。后来又逐渐g推广到其他国家。

蒸汽机已确确实实用于生产,代替人力畜力做工了。蒸汽机也成了许多人日常谈论的热门话题。

1764年,格拉斯哥大学的一台教学用的纽可门蒸汽机模型环了。送到伦敦请名匠修理也未修好,就让瓦特进行修理。瓦特不但很快地修好了这台机器,而且对这台当时世界上最先进的蒸汽机模型进行了深入的研究,他向布莱克教授等人虚心求教,加上自己刻苦钻研终于找到了纽可门蒸汽机耗煤量大、效率低的原因:原来纽可门的蒸汽机在运作时,蒸汽在汽缸中膨胀作功,又在汽缸中冷凝,汽缸一会儿被加热,一会儿又被冷却,白白浪费了很多热量。瓦特发现汽缸兼冷凝器这种一身二任的构造,使机器的性能和效率受到严重的影响。

瓦特根据潜热原理,计算出多少煤能烧出多少蒸汽,并研究出这些蒸汽只有四分之一用于作功,其余的四分之三蒸汽白白浪费在汽缸的冷热交替之中。瓦特产生了一个设想:蒸汽机内应该有冷热两个容器,让汽缸始终是热的,负责作功,让另一个容器始终是冷的,负责使蒸汽冷凝,产生真空。

用什么办法来实施这个设想呢?瓦特苦思冥想,反复琢磨,用了好长的时间进行研究。1765年5月,他终于想出一个办法。他想到可以在汽缸的外面单独设置一个蒸汽冷凝器。

当时有很多人都在研究蒸汽机,为了保护自己的发明.瓦特接受了朋友的忠告,上伦敦去申请专利权。 1769年 1月 5日,瓦特取得了“降低火机的蒸汽和燃料消耗量的新方法”这一专利。

事实胜于雄辩,经过比赛,人们看清瓦特蒸汽机的性能大大优于纽可门机,于是使用瓦特蒸汽机的人越来越多,纽可门蒸汽机逐渐被淘汰了。

为了进一步改造蒸汽机,瓦特吸取了德国人洛伊波尔德在1772年提出的利用排气阀使气缸连续往复运动的原理,开始了双作用式蒸汽机的研制工作。瓦特经多次试验,终于使用飞轮和曲掼把活塞的往复运动变成圆周运动,试验获得成功。但是瓦特在申请专利之前,消息被泄漏,瓦特发明的使活塞的往复运动转变为旋转运动的曲柄连杆机构已被皮卡德抢先申请了专利。

瓦特只能另想别的方案。经过反复实践,瓦特用缩放仪的原理,又研制出行星齿轮机构,使往复运动变为圆周运动。并于1781年10月取得双作用式蒸汽机的专利权。

不停地研究探索,不断地改进蒸汽机的性能,瓦特走的就是这样一条科学家的“勇敢者的道路”。1782年,瓦特又利用飞轮解决了转动的稳定性问题,取得了第三个专利。1784年,他改进了蒸汽机的配气机构,采用带气泵的凝气机和使活塞平行运动的四连杆机构等。这年他又获得了第四个专利。门肥年,瓦特又发明了能控制进气阀的开启程度从而控制蒸汽机速度的离心调速器,1790年又发明压力表。从此蒸汽机臻于完善。

蒸汽机发明后,工业革命在英国蓬勃兴起,美国、德国、法国等也纷纷跟上。影响之大,波及面之广是前所未有的。18O7年美国的富尔顿发明的火轮船,1814年英国的史蒂文森发明的火车头,都离不开瓦特的蒸汽机。

瓦特一生中得到了许多的荣誉,其中最主要的有:1785年被选为英国皇家学会会员,1806年被授予格拉斯哥大学法学博士,1814年被选为法兰西科学院外籍院土。瓦特临终前不久,被封为贵族,但是被瓦特拒绝。他一向忠于自己的平民身份,他在人世间唯一孜孜不倦追求的是发明创造。

由于瓦特发明了近代蒸汽机,并不断完善它,在蒸汽机的发展上作出杰出的贡献,因此被后人誉为蒸汽机的发明人。

1819年8月25日,这位大发明家走完了他的人生之旅。为了纪念这位大发明家,国际单位制中的功率单位“瓦特”(Watt)就以瓦特的姓氏命名。

 

 

 
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