瓦特對(duì)蒸汽機(jī)的貢獻(xiàn)

巫亞珍

1736年，瓦特（如圖1）出生在英國(guó)的一個(gè)木匠家庭，瓦特從小就喜歡學(xué)習(xí)，愛(ài)動(dòng)腦筋，特別喜歡探究。據(jù)說(shuō)一天晚上，他在和別人玩耍時(shí)，忽然聽(tīng)到廚房里的水開(kāi)了，跑去一看，蒸汽沖動(dòng)壺蓋，壺蓋被頂起來(lái)了，噗噗作響，瓦特就在水壺上做起小實(shí)驗(yàn)來(lái)。他用布把壺嘴堵死，結(jié)果蒸汽把壺蓋沖掉了，奶奶看見(jiàn)他在玩水壺，大聲斥責(zé)，不許他再玩。但是瓦特不理奶奶，繼續(xù)做實(shí)驗(yàn)，體驗(yàn)蒸汽的威力，瓦特手巧，會(huì)自己修理和制作玩具。20歲時(shí)，瓦特進(jìn)入格拉斯哥大學(xué)，當(dāng)了教學(xué)儀器修理工。

18世紀(jì)時(shí)，英國(guó)的紐可門(mén)發(fā)明了紐可門(mén)蒸汽機(jī)，紐可門(mén)蒸汽機(jī)有一個(gè)很大的缺點(diǎn)：工作時(shí)需要消耗大量的水蒸氣，要燃燒大量的煤！瓦特對(duì)紐可門(mén)蒸汽機(jī)做了一系列重大改進(jìn)，發(fā)明了高效率的瓦特蒸汽機(jī)，推動(dòng)了工業(yè)技術(shù)革命的興起。

瓦特對(duì)蒸汽機(jī)有哪些方面的貢獻(xiàn)呢？

首先，瓦特設(shè)計(jì)了一個(gè)和汽缸分離的冷凝器，顯著提高了蒸汽機(jī)的熱效率。

瓦特發(fā)現(xiàn)紐可門(mén)蒸汽機(jī)中的大部分蒸汽能量未被利用，所以熱效率低，浪費(fèi)燃料，瓦特想，紐可門(mén)蒸汽機(jī)的熱效率低是水蒸氣在汽缸內(nèi)部冷卻造成的，為什么不能讓水蒸氣在汽缸外部冷卻呢？于是，瓦特設(shè)計(jì)了一個(gè)和汽缸分離的冷凝器，把做功后的水蒸氣導(dǎo)出汽缸外冷卻，大大降低了蒸汽的消耗量，節(jié)約了煤。

第二，瓦特把蒸汽機(jī)活塞的直線運(yùn)動(dòng)變?yōu)檩嗇S旋轉(zhuǎn)的圓周運(yùn)動(dòng)，讓蒸汽機(jī)成為了能帶動(dòng)一切機(jī)器工作的動(dòng)力機(jī)。

帶有冷凝器的蒸汽機(jī)同老式蒸汽機(jī)相比，除了熱效率提高外，在作為動(dòng)力機(jī)來(lái)帶動(dòng)其他機(jī)器工作的方面，沒(méi)有進(jìn)步。瓦特發(fā)現(xiàn)，活塞只能做直線運(yùn)動(dòng)是真正的局限，1781年，他發(fā)明了齒輪聯(lián)動(dòng)裝置，把活塞往返的直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)辇X輪的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，他還在輪軸上加裝了一個(gè)飛輪，使圓周運(yùn)動(dòng)更加均勻。

第三，瓦特發(fā)明了帶有雙向裝置的高壓汽缸，讓蒸汽機(jī)的效率得到飛躍。

瓦特發(fā)現(xiàn)，蒸汽機(jī)在進(jìn)行輪軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，會(huì)多消耗不少能量，瓦特對(duì)汽缸本身進(jìn)行了研究，他猜想，如果讓蒸汽能夠從一端進(jìn)入，從另一端排出，讓蒸汽既能推動(dòng)活塞向上運(yùn)動(dòng)又能推動(dòng)活塞向下運(yùn)動(dòng)，活塞就可以靠從兩邊進(jìn)出的蒸汽連續(xù)推動(dòng)了。瓦特根據(jù)這一設(shè)想，研制出了帶有雙向裝置的新汽缸，把活塞的“單向式”推動(dòng)改為“雙向式”推動(dòng)，而且把引入汽缸的蒸汽變?yōu)楦邏赫羝?，蒸汽機(jī)的效率翻倍提高了！通過(guò)這三次技術(shù)的飛躍，紐可門(mén)蒸汽機(jī)完全演變成了瓦特蒸汽機(jī)！

1788年，瓦特發(fā)明了離心調(diào)速器和節(jié)氣閥，對(duì)蒸汽機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)實(shí)行自動(dòng)調(diào)節(jié)。1790年，他又發(fā)明了汽缸示功器、壓力表等一些裝置，經(jīng)過(guò)這些改進(jìn)。瓦特蒸汽機(jī)性能更優(yōu)良，配套更齊全，更實(shí)用，成為用于一切動(dòng)力機(jī)械的“萬(wàn)能原動(dòng)機(jī)”。

瓦特蒸汽機(jī)大大推動(dòng)了工業(yè)革命！19世紀(jì)40年代，瓦特蒸汽機(jī)完全取代了其他動(dòng)力，機(jī)器大生產(chǎn)代替了手工業(yè)生產(chǎn)，開(kāi)始了社會(huì)現(xiàn)代化，瓦特蒸汽機(jī)還引起了交通運(yùn)輸?shù)母锩?，使人?lèi)邁入了“火車(chē)、輪船時(shí)代”。

為了紀(jì)念瓦特對(duì)社會(huì)的杰出貢獻(xiàn)，人們把功率的單位命名為“瓦特”！

責(zé)任編輯 程哲