真正使蒸汽机普遍成为动力的是瓦特。
1736年,当有人试着用纽可门蒸汽机推动轮船的时候,吉姆斯·瓦特在英国的苏格兰出生了。
童年的瓦特很爱刨根问底,妈妈给他的玩具他总要拆开看看。他也爱读书,十几岁的时候就看了许多自然科学方面的课外书。他的父亲是一位工人。
瓦特15岁那年,由于家里经济困难,只好不再上学,到伦敦的钟表店里当学徒。小瓦特日夜劳碌,老板却只给饭吃,不发工资。
学徒瓦特不甘心失学,他利用下班时间到一位机械师家里学机械。有一天,在那里遇到了鲁宾逊博士,这位博士无意中谈到了蒸汽机。
“纽可门蒸汽机,用蒸气当动力。那和你们钟表店里的发条可不同,把火转变成了大力士,一下子就提起了许多水……”
瓦特把闲谈当作听课,回家以后便观察蒸汽的力量,还做实验研究蒸汽的性质。
有个流传很广的故事,说瓦特小时候到姑妈家去作客,他看到水壶里的水开了,水壶的盖子被蒸汽掀动,不停地跳跃,觉得很奇怪。对着水壶他想了好久,竟忘了吃饭。从此他认识了蒸汽的力量,发明了蒸汽机。
有人说这个故事是不真实的,也有人说这是作家根据当时有关人的回忆写的。现在看来,至少瓦特专心研究蒸汽是真的,也许他在观察蒸汽时忘记过吃饭。不过从人类认识史上来看,当时早已知道了蒸汽的力量,并且有了“矿工之友”,壶盖不一定是瓦特发明的起点。至于博士的讲话,那肯定是启发了小瓦特。一边听博士的讲解,一边仔细观察各种现象,一边做实验,瓦特的这种学习方法是值得我们效仿的。
瓦特学习机械很出色,终于在1763年被人推荐到格拉斯哥大学当修理工。这样,他不但有了一定的收入,而且有机会向许多有学问的人请教,深入地学习了许多理论。他把自己的收入大都购买了图书和实验仪器,继续研究机械学。
一天,学校里的纽可门蒸汽机模型坏了,瓦特便把它全部拆开研究。一个问题摆到了他的面前:纽可门蒸汽机为什么要消耗十分之九的热让气缸一冷一热呢?他利用学习到的机械知识,给蒸汽机加了一个冷凝器,把蒸汽通到冷凝器里冷凝,不必用冷水去淋气缸了。
蒸汽机好用多了,这种蒸汽机被叫做“瓦特单动机”,但它和纽可门蒸汽机仍然大同小异。
瓦特并不甘心于小的改良,他还要从原理上研究蒸汽机。他想:从巴本到“单动机”都是利用蒸汽冷凝造成近似真空,让大气压力去做工的。为什么要绕这个弯子呢?为什么不让强大的蒸汽来回推动活塞呢?
他决心造出一种新式的蒸汽机。他的设想得到了几位教师的支持,在研究中应用了当时的许多先进科学知识。
瓦特用了八九年的时间,花掉了全部积蓄,欠了很多债,想叫蒸汽来回推动活塞运动,结果都失败了。
要想让蒸汽来回推动气缸里的活塞,必须使活塞能在气缸里往复移动还不漏气,这就对机械的加工提出了很高的要求。大学里不具备这种加工条件,瓦特只好求助于工厂主。
有一位工厂主叫博尔顿,他是科学组织“月社”的成员,是个懂得科学价值的人。他把瓦特雇到工厂,让瓦特试制新式蒸汽机。从1775年起,他们就制造蒸汽机,到1784年终于制成了比较完善的往复式蒸汽机。
往复式蒸汽机
往复式蒸汽机主要由气缸、活塞、气室、曲柄、飞轮组成。气缸是蒸汽膨胀做功的部分,活塞可以在里边往复移动而不漏气。气缸上有一个气室,气室里有四个气管,其中有两个气管和气缸相通,一左一右。另外两个气管,一是进气的,一是排气的,气室里左右移动的活动阀来回滑动,它在同一时刻内只能遮住两个管口,这样,或左边进气右边排气活塞向右走,或右边进气左边排气活塞向左走,通过连杆就可以使飞轮转动了。
瓦特发明的往复式蒸汽机,使人们获得了巨大的动力,引起了第一次工业革命。瓦特自15岁起对蒸汽机感兴趣,后来立志研究蒸汽机,虽然经历十分坎坷,仍然坚持不懈,他的动力便是一个坚定正确的科学志向。由兴趣到志趣,由志趣到志向,这就是瓦特走过的路。