蒸汽時(shí)代的開拓者——瓦特

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2018-04-07? 青野云麓

詹姆斯·瓦特（James Watt，1736年1月19日 — 1819年8月25日）英國(guó)發(fā)明家，第一次工業(yè)革命的重要人物。

1776年制造出第一臺(tái)有實(shí)用價(jià)值的蒸汽機(jī)。以后又經(jīng)過一系列重大改進(jìn)，使之成為“萬能的原動(dòng)機(jī)”，在工業(yè)上得到廣泛應(yīng)用。他開辟了人類利用能源新時(shí)代，使人類進(jìn)入“蒸汽時(shí)代”。后人為了紀(jì)念這位偉大的發(fā)明家，把功率的單位定為“瓦特”

1736年1月19日詹姆斯·瓦特出生于蘇格蘭格拉斯哥附近，克萊德河灣（Firth of Clyde）上的港口小鎮(zhèn)格林諾克。

瓦特的父親是熟練的造船工人并擁有自己的船只與造船作坊，還是小鎮(zhèn)的官員。瓦特的母親Agnes Muirhead出身于一個(gè)貴族家庭并受過良好的教育。他們都屬于基督教長(zhǎng)老會(huì)并且是堅(jiān)定的誓約派。盡管瓦特出自于宗教家庭，但他后來還是成為了自然神論者。

瓦特小時(shí)候因?yàn)樯眢w較弱去學(xué)校的時(shí)間不多，主要的教育都是由母親在家里進(jìn)行。瓦特從小就表現(xiàn)出了精巧的動(dòng)手能力以及數(shù)學(xué)上的天分，并且接受了很多蘇格蘭民間傳說與故事。

瓦特17歲的時(shí)候，母親去世了，而父親的生意開始走下坡路。瓦特到倫敦的一家儀表修理廠作了一年的徒工，然后回到蘇格蘭格拉斯哥打算開一家自己的修理店。盡管當(dāng)時(shí)蘇格蘭還沒有類似的修理店，但是由于他沒有做夠要求的7年徒工，他的開店申請(qǐng)還是被格拉斯哥的錘業(yè)者行會(huì)（管理所有使用錘子的工匠）拒絕了。

1757年，格拉斯哥大學(xué)的教授提供給瓦特一個(gè)機(jī)會(huì)，讓他在大學(xué)里開設(shè)了一間小修理店，這幫助瓦特走出了困境。其中的一位教授，物理學(xué)家與化學(xué)家約瑟夫·布萊克（Joseph Black）更是成了瓦特的朋友與導(dǎo)師。格拉斯哥大學(xué)任命瓦特為其正式“數(shù)學(xué)儀器制造師”，并在校園里安排了一個(gè)車間。

瓦特的小店開業(yè)5年后，在朋友羅賓遜教授的引導(dǎo)下，瓦特開始了對(duì)蒸汽機(jī)的實(shí)驗(yàn)。直到此時(shí)，瓦特也還從未親眼見過一臺(tái)可以運(yùn)轉(zhuǎn)的蒸汽機(jī)，但是他開始建造自己的蒸汽機(jī)模型。初步的實(shí)驗(yàn)失敗了，但是他堅(jiān)持繼續(xù)實(shí)驗(yàn)并且閱讀了所有他能找到的有關(guān)蒸汽機(jī)的材料，獨(dú)立地發(fā)現(xiàn)了潛熱的重要性（盡管這在好幾年前就被布萊克教授發(fā)現(xiàn)了，但瓦特當(dāng)時(shí)并不知情）。

1763年，瓦特得知格拉斯哥大學(xué)有一臺(tái)紐科門蒸汽機(jī)（Newcomen steam engine），但是正在倫敦修理，他請(qǐng)求學(xué)校取回了這臺(tái)蒸汽機(jī)并親自進(jìn)行了修理。修理后這臺(tái)蒸汽機(jī)勉強(qiáng)可以工作，但是效率很低。經(jīng)過大量實(shí)驗(yàn)，瓦特發(fā)現(xiàn)效率低的原因是由于活塞每推動(dòng)一次，氣缸里的蒸汽都要先冷凝，然后再加熱進(jìn)行下一次推動(dòng)，從而使得蒸汽80%的熱量都耗費(fèi)在維持氣缸的溫度上面。

1765年，瓦特取得了關(guān)鍵性的進(jìn)展，他想到將冷凝器與氣缸分離開來，使得氣缸溫度可以持續(xù)維持在注入的蒸汽的溫度，并在此基礎(chǔ)上很快建造了一個(gè)可以連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的模型。

但是要想建造一臺(tái)實(shí)際的蒸汽機(jī)還有很長(zhǎng)的路要走。

首先是資金，布萊克教授提供了一些幫助，但更多的資助來自于約翰·羅巴克（John Roebuck）。羅巴克是一位成功的企業(yè)家，著名的卡倫鋼鐵廠的擁有者，在羅巴克的贊助下，瓦特開始了新式蒸汽機(jī)的試制，并成為新公司的合伙人。

試制中的主要困難還在于活塞與氣缸的加工制造工藝上。當(dāng)時(shí)的工藝水平下鋼鐵工人更像是鐵匠而不是機(jī)械師，所以制造的結(jié)果很不滿意。此外由于當(dāng)時(shí)的相關(guān)專利申請(qǐng)需要國(guó)會(huì)的認(rèn)可，大部分的資金都花費(fèi)在相關(guān)程序上。由于資金的短缺，瓦特不得不另找了一份運(yùn)河測(cè)量員的工作，并一干就是8年。

與博爾頓的合作，使得瓦特得到了更好的設(shè)備資金以及技術(shù)上的支持，特別是在加工制造工藝方面。新型蒸汽機(jī)制造的一個(gè)主要困難在于活塞與大型氣缸的密合，這個(gè)問題最終被約翰·威爾金森（John Wilkinson）解決，他在改進(jìn)加農(nóng)炮的制造時(shí)提出了一種新的精密鏜孔加工技術(shù)，可以用于蒸汽機(jī)的制造。

終于，第一批新型蒸汽機(jī)制造成功并應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)。這批蒸汽機(jī)由于還只能提供往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)而主要應(yīng)用于抽水泵上。在之后的5年中，瓦特贏得了大量的訂單并忙于奔波于各個(gè)礦場(chǎng)之間安裝由這種新型蒸汽機(jī)帶動(dòng)的水泵。在博爾頓的要求下，瓦特開始繼續(xù)研究如何將蒸汽機(jī)的直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為圓周運(yùn)動(dòng)，以便使得蒸汽機(jī)能為絕大多數(shù)機(jī)器提供動(dòng)力。一個(gè)顯而易見的解決辦法是通過曲柄傳動(dòng)，但是該項(xiàng)專利所有人，約翰·斯蒂德(John Steed)要求同時(shí)分享瓦特此前的分離冷凝器的專利，這一要求被瓦特堅(jiān)決地拒絕了。

瓦特心思細(xì)膩，做事動(dòng)作遲緩并且非常容易焦慮。他常常會(huì)灰心喪氣。他會(huì)將工作放到一邊，感覺好像要徹底放棄了，但他的想象力豐富，總是能想到新的改進(jìn)方法，以至于很多時(shí)候都來不及一一完成。瓦特的動(dòng)手能力很強(qiáng)，并可以完成系統(tǒng)的科學(xué)的測(cè)定，以量化自己的革新效果，幫助自己的理解。

瓦特是一個(gè)紳士，為其他工業(yè)革命時(shí)期的知名人士所尊重。他是伯明翰工業(yè)家與科學(xué)家組織的“月亮社”的重要成員，總是對(duì)新的領(lǐng)域表現(xiàn)出極大的興趣，被認(rèn)為是很好的社交伙伴。但他對(duì)商業(yè)經(jīng)營(yíng)卻基本一竅不通，特別討厭與那些有興趣使用他的蒸汽機(jī)的人討價(jià)還價(jià)或談判合同。直到他退休時(shí)，他都一直對(duì)自己的財(cái)物狀況感到不安。他的合作者與朋友都是些意氣相投的伙伴并能保持長(zhǎng)久的友誼。瓦特在原有的原有蒸汽機(jī)基礎(chǔ)上發(fā)明的新式蒸汽機(jī)結(jié)構(gòu)，在這之后的50年之內(nèi)幾乎沒有什么改變。

瓦特蒸汽機(jī)發(fā)明的重要性是難以估量的，它被廣泛地應(yīng)用在工廠成為幾乎所有機(jī)器的動(dòng)力，改變了人們的工作生產(chǎn)方式，極大地推動(dòng)了技術(shù)進(jìn)步并拉開了工業(yè)革命的序幕。它使得工廠的選址不必再依賴于煤礦而可以建立在更經(jīng)濟(jì)更有效的地方，也不必依賴于水能從而能常年地運(yùn)轉(zhuǎn)，這進(jìn)一步促進(jìn)了規(guī)?；?jīng)濟(jì)的發(fā)展，大大提高了生產(chǎn)率的同時(shí)也使得商業(yè)投資更有效率。

蒸汽機(jī)為一系列精密加工的革新提供了可能，更高的工藝保證各種機(jī)器包括蒸汽機(jī)本身的性能提高。經(jīng)過不斷的努力，引入更高氣壓的蒸汽，蒸汽火車蒸汽輪船便很快相繼問世。

在瓦特的訃告中，對(duì)他發(fā)明的蒸汽機(jī)有這樣的贊頌：“它武裝了人類，使虛弱無力的雙手變得力大無窮，健全了人類的大腦以處理一切難題。它為機(jī)械動(dòng)力在未來創(chuàng)造奇跡打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，將有助并報(bào)償后代的勞動(dòng)?！?/strong>