蒸汽机是瓦特发明的吗，本文主要内容关键词为：蒸汽机论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
很多学生可能都知道瓦特发明蒸汽机的故事：一天晚上，少年瓦特和外祖母坐在客厅里的火炉旁边，火炉上有一水壶，当壶水被烧开时，顽皮的瓦特把壶嘴用东西堵住不让蒸汽从壶嘴跑出来，这时他发现蒸汽把壶盖顶了起来。瓦特沉思，为什么壶盖会被顶起来呢？是否可用蒸汽作为动力呢？瓦特对这个问题产生了兴趣，经过多年的研究，终于发明了以蒸汽为动力的蒸汽机。
根据这种说法，瓦特便是蒸汽机唯一的发明人了。实际情况是这样的吗？为了弄清这个问题，我们来回顾一下蒸汽机的发明史。
有记载表明，早在公元前120年， 希腊人希隆曾制作了一个被称为“小汽轮”的装置，它是一个装有两个弯管喷嘴的空心铜球，喷管与球的轴成直角，各弯向相反的方向。如图1所示， 蒸汽通过金属导管从汽化皿传到球中，再由喷嘴喷出时，球体便绕轴转动，这是以蒸汽为动力的汽轮机的雏型。
又经过了约1，800多年，到17世纪50年代，在托里拆利、帕斯卡等物理学家的共同努力下，首次获得了真空，并实现了对大气压强的测量。在此基础上，格里克研制了抽气机，他利用抽气机，做了一系列演示大气压强的实验，其中包括1654年5月9日当着公众进行的著名的马德堡半球实验。
17世纪末，英国完成了资产阶级民主革命，工业有了前所未有的发展，对于燃料的需求量巨增，煤矿开采的规模越来越大，但面临的尖锐问题就是如何解决矿井的积水问题。很多工程师都在潜心研制可用于生产的非人力抽水机。到1698年英国工程师萨维利在抽气机的原理基础上制造了第一台用蒸汽作为动力的抽水机。其原理如图2 ：关闭吸水管和排水管与容器R间相连的单向阀门K[,2]和K[,3]，同时打开锅炉Q与容器R间的阀门K[,1]，这时就有蒸汽进入容器R，关上阀门K[,1]并用冷水冷却容器，使容器内的蒸汽冷凝成水，容器内气压降低，水坑里的水在大气压的作用下便被抽到容器R中。抽取一定水量后，阀门K[,2]自动关闭，再打开阀门K[,1]，这时借助于蒸汽的压力可将容器中的水通过阀门K[,3]沿排水管排到水池中。在萨维利机中，除了阀门外， 机器中没有可运动的部件。在用冷水冷却蒸汽的同时，也把整个容器都冷却了，因此在下一次抽水时，又要将整个容器再加势，这就浪费了大量的蒸汽，也就是浪费了大量的热能。虽然萨维利于1698年取得了发明专利，也生产出一些机器用于矿井抽水，但由于机器结构不合理，故工人操作不便，劳动强度很大，能量损耗很多，抽水效率极低。
在萨维利机用于矿井的同时，法国物理学家巴本也设计出一种利用蒸汽的动力机，在汽缸里加上了可移动的活塞，活塞的出现，拓宽了蒸汽机的应用范围。但是由于当时法国生产落后，对动力机的需求还不迫切，加之巴本的设计仍然存在很多缺陷，因而巴本蒸汽机没有能够在生产中得到应用。
到了18世纪， 英国人纽可门综合了萨维利机和巴本机的优点， 于1705年～1706年制成了纽可门蒸汽机。纽可门机较之萨维利机可更为方便地用于矿井抽水。他采用了杠杆、链条等装置，利用杠杆的摇臂使吸筒抽水做功。如图3所示。虽然纽可门后来作了许多改进， 但基本原理仍和萨维利机一样，使用喷水的办法来冷却汽缸，以达到冷凝蒸汽的目的，因此，纽可门机的热效率依然很低。即使如此，由于工人操作纽可门机的劳动强度较之萨维利机减少了，因此在当时纽可门机已广泛应用于矿井抽水和农田灌溉等方面。
瓦特于1736年1月19日出生在苏格兰的格林诺克镇。 格林诺克镇位于当时造船业很发达的格拉斯哥城附近。瓦特的父亲是一位水平很高的造船技师和建筑师。瓦特幼年多病，辍学在家，由他母亲教他读书写字。由于父亲的职业关系，少年瓦特看到和接触的机械较多，并对机械产生了兴趣，经常用父亲的工具、机械零件拼装一些小玩意。1755年从格拉斯哥到了伦敦，在一家钟表店当学徒。由于他勤奋好学，在短短一年时间里，除了学会修理钟表之外，还学会修理一些像方位仪、经纬仪那样的航海仪器和其他仪表。瓦特于1757年到了格拉斯哥大学当了一名修理教学仪器的技工。由于格拉斯哥大学的仪器设备和模型在当时是比较先进的，瓦特通过修理这些仪器，在技术上有了很大的长进。同时在大学里，他遇到了不少的科学家和工程师，使他有机会请教学习了一些机械原理。
1763年，格拉斯哥大学从伦敦买了一台纽可门机的教学模型，运转不灵。1764年，瓦特接了修理这台机器的差事，他在修理这台机器的过程中感到，纽可门机的冷凝装置很不合理，由于纽可门机冷凝水蒸汽是在汽缸里进行的，因此，冷凝蒸汽的同时，也冷却了汽缸，这就白白浪费了大量的能量。瓦特经过一段时间的思考摸索后认为：要克服纽可门机的最大缺点，合理的办法就是只冷凝蒸汽，而不冷却汽缸。要做到这一点，就应将蒸汽冷凝过程移出汽缸，增加一个与汽缸分开的冷凝器，将蒸汽的冷凝过程在冷凝器中进行。这是一项重大的发明。1765年5月，瓦特决定改进蒸汽机的想法，得到了格拉斯哥大学著名化学教授布莱克的支持，并取得了学校的实验经费。在翻砂工罗伯克的帮助下，瓦特设计制成了一台试验性的机器。由于这台机器采用了冷凝器与汽缸相分离的设计，使得蒸汽机的效率大为提高。又经过了很多次试验改进，到1776年，瓦特制造安装了两台实用机器，一台安装在一个煤矿中用于抽水，另一台为一家炼铁厂的高炉鼓风。此后的5年时间里， 他又安装了一些用于铜矿和锡矿的抽水机。这期间瓦特并没有间断对蒸汽机的研究和实验。1782年，瓦特进一步改进了汽缸的结构，制成双冲程的蒸汽机，这样蒸汽可以从汽缸的两头分别进入汽缸，由蒸汽来推动活塞做往复运动，彻底改变了纽可门机利用大气压力推动活塞的情况，变单动为双动。后来，瓦特又对蒸汽机进行了几项较大的革新，1784年为了便于速度变换，他把纽可门的杠杆转动改变为曲轴和齿轮转动，使活塞的直线运动变为圆周运动。从而制成了能够连续转动的、双动通用蒸汽机，如图4所示。这种蒸汽机经济、有效，获得了广泛应用。4年后，为了能自动控制蒸汽机的速度，他发明了离心调速器。1790年他又发明了测量蒸汽机压力的压力计。至此经过瓦特不懈的努力，现代蒸汽机就基本完成了。为此，瓦特整整花去了25年的时间，为之后一个多世纪世界工业的迅猛发展，做出了历史性的巨大贡献。
综上所述，我们可以得出肯定的结论：蒸汽机是由萨维利、巴本、纽可门、瓦特等人为代表的几代科学家共同发明的。只是在改进蒸汽机的结构、提高蒸汽机的效率、促进蒸汽机的广泛应用方面，瓦特贡献更大，影响更广。我们称瓦特为现代蒸汽机之父是毫不过分的。