科学家的故事：万能蒸汽机的发明者——瓦特 _中级

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适合年龄：6岁以上难易程度：中级瓦特是英国著名的发明家，是工业革命时期的重要人物。
1736年1月19日生于英国的格拉斯哥。父亲是一个造船工人，后来经营造船业和建房业，做过制造兼出售航海仪器的小商人。
瓦特从小身体虚弱，经常生病，到了上学年龄，还没有进学校读书。聪慧温柔、循循善诱的母亲，不仅教瓦特读书写字，学习语文和数学知识，还热心地鼓励孩子玩各种工具和器物，培养他观察思考问题的兴趣和动手实践的能力。
有一个流传很广的故事：瓦特在童年时，有一天，壶里的水开了，蒸汽把壶盖冲得“噗噗”作响。这种现象司空见惯，却使瓦特发生了很大的兴趣。他目不转睛地盯着翻动不止的壶盖，一心思索着蒸汽的力量，竟在炉旁呆了1个多小时。姨母看见了，责骂他是个“懒孩子” 。她哪里知道，正是这种强烈的好奇心和寻根究底的品质，才导致瓦特作出了人类历史上的重大发明！后来，瓦特进了格林诺克的文法学校，数学成绩名列前茅，但是由于身体不好，没有毕业就退学了。在家里，他并没有虚度光阴，仍然坚持自学。他在养病期间，躺在床上手不释卷，博览群书。他钻研天文学、物理学、化学等多种科学知识，自学了好几种外语。
瓦特的另一个“学校”是父亲的工厂，他经常在那里向工人师傅学习技术，制作各种机械模型，修理航海仪器，进行化学和电学实验。经过长时间的实践，他获得了丰富的木工、金属冶炼和机械加工制造、仪器修理等多方面的工艺技术，为后来的发明打下了坚实的基础。
瓦特17岁那年，父亲经商失败，家里清贫如洗。瓦特被迫出外谋生，到格拉斯哥一家钟表店学手艺。1755年到伦敦，给有名的机械师当学徒。他勤奋学习，努力钻研，技术提高很快，不久就会制造难度较大的经纬仪、罗盘等仪器了。
1757年，经朋友介绍，瓦特到格拉斯哥大学当修造教学仪器的工人。在大学里，瓦特结识了化学家布莱克，以及当时是学生后来成了物理学教授的鲁宾逊。瓦特虚心地向他们求教，学到不少科学理论知识。他们三人经常在一起，讨论研究改进蒸汽机的问题。
蒸汽机是一种利用蒸汽把热能转变成机械能的动力装置。人类对蒸汽机的认识和利用，经历了一个漫长的历史过程。
16世纪和17世纪之交，随着资本主义的产生和发展，在社会需求的推动下，不少人试图制作以蒸汽为动力的排水、提水机具。1601年，意大利人波塔提出用蒸汽压力提水的设想。1615年，法国人德·高斯设计了蒸汽喷水器。1659年，土耳其人德雷提出在德·高斯的喷水器上加一个锅炉来排水。1690年，法国人巴本首先制成了带有活塞和汽缸的实验性蒸汽机。所有这些装置和器具虽然都没有在生产上得到实际使用，但却为以后制造可供实用的蒸汽动力装置积累了正、反两方面的经验。
1698年，英国矿山技师萨维里制成一个蒸汽水泵。这是一个用人工操作、利用蒸汽压力把管子中的水排出去的装置，也是第一台实际用于矿井排水的蒸汽动力装置。
1705年，英国铁匠纽可门研究了巴本和萨维里的蒸汽动力装置，制成了一部能较大规模地将热能转变为机械能的实用蒸汽动力装置。这种装置具有带活塞的封闭的圆筒汽缸，是蒸汽机最早雏形。从1712年起，它在英国各矿井使用，并用于农田灌溉。但纽可门蒸汽机有耗煤量大、热效率低，只能做往复直线运动的缺点。这些缺点限制了它的应用。
真正有巨大工业价值的蒸汽机是经过瓦特做出重大改进的蒸汽机。
在1761~1762年，瓦特曾进行过改进蒸汽机的试验，但没有得到什么结果。1764年，格拉斯哥大学委托他修理一台纽可门蒸汽机。纽可门蒸汽机是靠蒸汽进入汽缸推动活塞上升的，然后再喷射冷水，使汽缸的温度下降，缸内蒸汽凝结，形成部分真空，利用大气压将活塞推回。瓦特在修理这种蒸汽机的过程中发现，活塞每一次上升后，汽缸和活塞同时被冷却，然后为了下一次活塞上升，又需要重新加热，因此有许多热量被浪费掉了，这就是纽可门蒸汽机效率低的重要原因。为了避免汽缸一热一冷而消耗大量热量，他想到了把冷凝过程从汽缸内分离出来，即在汽缸外单独加一个冷凝器而使汽缸始终保持高温状态。瓦特按照自己的设想于1765年设计了一个与汽缸分离的冷凝器，经过多次试验失败及不断改进，终于在1769年制成了一台单动作蒸汽机。这种蒸汽机的耗煤量比纽可门蒸汽机少3/4 ，动作也较纽可门蒸汽机迅速、可靠。