300多年前,法国有个医生叫丹尼斯·巴本(又译为“帕平”),他同时又是一位物理学家。当时,法国国王亨利四世迫害新教徒,巴本思想活跃主张改革,只好逃往国外。
巴本背着些土豆翻山越岭,肚子饿了,就架起篝火煮土豆。他在高山顶上煮土豆,尽管水开了又开,土豆却仍然煮不熟。
“水的沸点是不是和大气压强有关系呢?”巴本想到了帕斯卡在高山上测大气压的实验。
巴本用实验证实了他的猜想之后,就进一步想:如果倒过来,用人工的办法加大气压,那水的沸点不就会升高了吗?
巴本自己动手做了一个密闭容器,在不断加热的情况下,里边气体的压强越来越大,水一直到超过100℃才开锅,居然把土豆煮成了烂泥。
1681年,巴本造出了世界上第一个压力锅——“巴本锅”。据说英国国王查尔斯二世曾经要求巴本为他举办“压力餐”,那一餐中连最硬的骨头都煮烂了。
目前我国市场上的民用压力锅,工作压强为1.3×105牛/米2,水在锅里的沸点是124℃,用它焖米饭可以节约1/3的时间。
“巴本锅”名传四海之后,德国科学家莱布尼茨找到了巴本。这位科学家看了看巴本锅,提出了一个有趣的问题:“你不能利用那蒸气的力量去提水吗?”
巴本又开始了新的实验。在莱布尼茨的帮助下,他设计了一台能做工的机器。这台机器是从“巴本锅”演变来的。在“锅”里安一个活塞,水烧开了,蒸气就把活塞推了上去。等活塞到了顶,就撤火。锅里的水蒸气冷下来了,压强变小了,活塞又在外界大气压强的作用下降到原来的位置。活塞连着一段绳子,绳子绕过两个滑轮系在重物上,这样,巴本锅就变成了巴本式蒸汽机。
其实巴本蒸汽机实际是一台“大气机”,它还要靠大气压强来工作。这台机器是1690年造出来的,没有什么实用价值。它最大的成就是告诉人们,利用蒸气可以使气缸内的活塞来回移动。人类能认识到这一点,可是个飞跃。
巴本蒸汽机
英国人塞维利受到巴本蒸汽机的启发,他是矿山的技师,当时英国矿井里存在不少积水,每天都要用许多人力把水汲上来。塞维利想:能不能利用巴本蒸汽机去提水呢?
塞维利开始实验了,到1698年终于造出了一种能在矿井中抽水的蒸汽泵,命名为“矿工之友”。他还特地写出了一本书叫《矿工之友》,介绍他的发明。
“巴本机”既是锅炉又是气缸,塞维利大胆地把锅炉和气缸分开了,这样就不必一会儿加水,一会儿撤火了。不过他取消了活塞。
纽可门蒸汽机
“矿工之友”并没有得到广泛的应用,因为它需要工人总在那里手忙脚乱地开关阀门。
当时矿井里有个铁匠叫纽可门,他对“矿工之友”很感兴趣。纽可门想,巴本大气机里有活塞,塞维利把锅炉和气缸分开,能不能把他俩的长处都吸收进来呢?
1705年,纽可门在朋友的帮助下改进了“矿工之友”,造出了纽可门式蒸汽机。
纽可门蒸汽机是这样工作的:热水在锅炉里产生了蒸气,打开阀门C,蒸气进入气缸,推动活塞B上升。这时由于杠杆R的作用,使水泵P的活塞下降,井里的水推开阀门D,进到水泵P里。再把阀门C闭上,用冷水淋气缸,使气缸里的蒸气冷凝成水,活塞就下降了。活塞B下降时,通过杠杆的作用,又把水泵的活塞提上来,水也就抽出来了。
后来,又经过几次改进,纽可门蒸汽机真正成了“矿工之友”。到1769年,英国矿山里已有了57部纽可门蒸汽机。
更有意义的是,1736年,有人提出了用纽可门蒸汽机当船舶动力的设想,“矿工之友”是否能成为各行各业的动力呢?