瓦特

作者:佚名 来源:物理频道 点击数: 发布时间:2004年07月22日

瓦特

原载于<人民教育出版社>网站

  一个人的奋斗,不论成败,只是在把世界雕琢完美,尽你所能,沉静和坚毅的尽力去做。(1736-1819)

  在世界科技史上,有一位学徒出身的科学家、发明家,以自己的聪明才智,完成了人类社会急需的一种伟大发明,为人类历史发展做出了极大的贡献。

  一、喜欢寻根问底的孩子
  詹姆斯·瓦特1736年出生于英国格拉斯哥市附近的一个小镇,他的祖父曾经是一位教师,教授数学、测量学和航海学,父亲原来是个造船技术工人。后来自己经营过造船业和建筑业,做过仪器制造家和商人,还曾经一度担任过小镇的地方行政官。耳濡目染,瓦特从幼年起就随父亲学习各种手艺。他心灵手巧,从小接触和了解了不少技术方面的知识,并养成了一种独立思考和探索奥秘的兴趣和习惯。他的家庭环境对他日后攀登技术高峰起到了一定的作用。
  瓦特从小身体虚弱,到了入学年龄,仍不能去上学。过了入学年龄好几年,他才到镇上的学校学习。在学校里,他不喜欢与小朋友们打闹,只爱独自沉思默想。关于他的童年,曾有过一个广为人知的传说:有一天,小瓦特在家里看见一壶水开了,蒸汽把壶盖冲得噗噗地跳。这种常人司空见惯的现象却引起了他极浓厚的兴趣。他目不转睛地凝视那跳动的壶盖和冒出的蒸汽,苦思冥想其中的奥秘。一直看了一个多小时。由于瓦特常常会面对他不熟悉、不认识的许多现象长时间地默默观察,崐人因此说他是个“懒孩子”。其实正是这种好奇心和寻根问底的精神,后来引导他去努力探索世界的种种奥秘,攀登科学的高峰。
  13岁那年,他对几何学发生了兴趣,15岁就读完了《几何学原理》这样艰深的书籍。后来他进入文法学校,数学成绩特别优秀。由于身体不好,他没到毕业就退学了。但是,他在家里坚持自学了天文学、化学、物理学和解剖学等多学科知识,并自学了好几种外语。瓦特17岁时到格拉斯哥的一家钟表店里当了学徒。他在业余时间刻苦学习,进一步掌握了许多科技原理。在当学徒时他曾经动手制造过技术要求较高的罗盘、经纬仪等。21岁那年,他来到了格拉斯哥大学当教具实验员,负责修理和制造仪器。他进一步熟悉了当时一些较先进的机械技术。在工作之余,他还埋头读书,并经常向老师和同学虚心求教,提高了自己的科学理论水平。

  二、推动整个世界的发明
  人类对蒸汽的认识和利用,经历了一个漫长的历史过程。早在公元前二世纪,古希腊人就制造过一种利用蒸汽喷射的反作用的发动机。1690年,法国人巴比首先发明了第一台活塞式蒸汽机,但他未能制成实用的蒸汽机。1698年,英国的一位技师塞莱斯发明了实用的无活塞式蒸汽机。这种机器在矿井中得到应用,被称为“矿山之友”,但受当时材料和技术的限制,无法推广。后来经过改进,直到18世纪,英国的铁匠纽科门才制成第一台能把热能转变为机械能的较原始的蒸汽机。这种机器综合了巴本机和塞莱斯机的优点,不需高压蒸汽即可排水,效率也有较大提高。但是,这种蒸汽机结构不合理,耗煤多,活塞只能作往复运动,不能作旋转运动,因此热效能较低。
  随着工业发展对新动力的需求日益突出,推动了对蒸汽机作进一步的改进。从18世纪60年代起,英国的工程师斯米顿开始研究改进纽可门蒸汽机,他测量了一百多种当时的蒸汽机的部件和效率,并对所得资料进行了糸统的比较分析。斯米顿本人没有对蒸汽机的结构做任何改进,但是他积累的数据为改进蒸汽机提供了方便。与此同时,瓦特也开始研究改进蒸汽机。
  瓦特在大学修理仪器期间,学校曾经把一台旧式的纽可门蒸汽机交给他修理。他通过大量实验以及根据格拉斯哥大学教授布莱克提出的潜热、比热理论进行分析,对旧式蒸汽机进行深入研究,找出了旧式机器效率低的主要原因:除了漏汽、散热等造成热量的浪费外,主要缺陷在于每一冲程都要用冷水将汽缸冷却一次,从而耗了大量热量,使绝大部分蒸汽没有被有效利用。针对这一缺陷,瓦特提出了减少蒸汽消耗,提高热机效率的两项措施:一、为了使汽缸始终保持蒸汽所必须具有的温度,必须在汽缸外加上绝热外套或通以蒸汽或用其他方法对汽缸加热;二、使作功后的蒸汽尽可能快地冷却,液化成水并要使这一过程在汽缸外进行,为此必须设置一个独立于汽缸的冷凝器,在机械传动方面也要改进。他决心自己制造一台新的蒸汽机,来改进旧机器的不足。
  瓦特自筹资金,租了间地下室,买了必要的设备,反复实验,经历了无数次挫折和失败,在工人的帮助下,终于发明了与汽缸分离的冷凝器,解决了制造精密汽缸、活塞的工艺问题,同时采用油润滑活塞,汽缸外附加绝热层等措施,制成单动作蒸汽机。后经继续试验,又在1782年,发明了具有连杆、飞轮和离心调速器的双动作蒸汽机,制成了新的可实用的蒸汽机。这种双动作式蒸汽机,把阀门安装得可利用蒸汽的压力来推动活塞,既可向前又可向后。并借助连杆和飞轮把活塞的直线运动变成了圆周运动。为了保持蒸汽机的匀速运转,他把一个离心调速器连接在进汽活门上,使其自动调节进汽量。这种装置是最早在技术上使用的自动控制器。他设计了一个和汽缸分离的冷凝器,将高温蒸汽从气缸中导出并冷却,使得主要汽缸能保持一定温度。同时他提高了汽缸的精密度,把活塞和阀门也做得光滑、严密。从而比纽科门蒸汽机大大提高了热效率和可靠性。由于这种蒸汽机把往复的直线运动变成为连续而均匀的圆周运动,因而可以经过传动装置带动一切机器运转,成为能普遍用于工业和交通运输业的“万能动力机”。这种高效率的蒸汽机很快取代了旧式的蒸汽机,被各工业部门迅速采用。从此,动力机、传动机和工作机组成了机器生产糸统,成为产业近代化的核心。
到19世纪30年代,蒸汽机广泛应用到纺织、冶金、采煤、交通等部门去,很快引起了一场技术革命。美国人富尔顿发明了用瓦特蒸汽机作动力的轮船;英国人史蒂芬逊发明了用瓦特蒸汽机作动力的火车。瓦特的蒸汽机成为真正的国际性发明,它有力地促进了欧洲18世纪的产业革命,推动世界工业进入了“蒸汽时代”。

  三、名垂青史的天才发明家
  1784年4月,英国政府授予瓦特以制造蒸汽机的专利证书。马克思曾经评论说:瓦特的伟大天才表现在他所取得的专利的说明书中,他没有把自己的蒸汽机说成是一种用于特殊目的的发明,而是把它说成是大工业普遍应用的发动机。
  瓦特在英国和欧洲大陆各国的学术界和科学界享有崇高的地位。1784年他成为爱丁堡皇家学会的会员,1785年又成为伦敦皇家学会的会员。1808年,他成为法兰西学士院的成员,1814年,他又被选为法国科学院的8名外籍院士之一。各国科学界都承认瓦特是他们之中最著名的一员。
  瓦特由于这样一个划时代的伟大发明,从一个一贫如洗的无名小卒,一下子成为一个名利双收的大人物了。他在11年的时间里获得了七万六千磅的专利税。为了保护自己的专利,他到了晚年时多少显得有些学阀作风了。他经常向法院起诉,阻止和压制别人的发明创造,甚至不许自己的助手去实验用蒸汽来发动四轮车。这是一个科学家的悲剧,也是他那个时代和社会在他身上打下的烙印。尽管如此,他仍然是一位伟大的发明家。他毕生精力集中于蒸汽机的发明,前后达20余年。他对科学技术和社会进步所作出的巨大贡献,人民是不会忘记的。
1819年,84岁的瓦特在家中安然与世长辞了。他生前对人类的科学事业作出了杰出的贡献,各国人民怀念他。1824年,在他逝世5周年时,伦敦公众为他在有名的威斯敏斯特大教堂树立了一座纪念碑。瓦特终生刻苦学习,孜孜不倦地致力于科学事业,在前人成就的基础上,发明了蒸汽机,为人类科学技术的发展作出了划时代的贡献。为了纪念瓦特这位伟大的发明家,人们把常用的功率单位定为瓦特,简称瓦。他的芳名将永远刻在人类的历史上

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