巫亞珍
1736年,瓦特(如圖1)出生在英國的一個木匠家庭,瓦特從小就喜歡學習,愛動腦筋,特別喜歡探究。據(jù)說一天晚上,他在和別人玩耍時,忽然聽到廚房里的水開了,跑去一看,蒸汽沖動壺蓋,壺蓋被頂起來了,噗噗作響,瓦特就在水壺上做起小實驗來。他用布把壺嘴堵死,結(jié)果蒸汽把壺蓋沖掉了,奶奶看見他在玩水壺,大聲斥責,不許他再玩。但是瓦特不理奶奶,繼續(xù)做實驗,體驗蒸汽的威力,瓦特手巧,會自己修理和制作玩具。20歲時,瓦特進入格拉斯哥大學,當了教學儀器修理工。
18世紀時,英國的紐可門發(fā)明了紐可門蒸汽機,紐可門蒸汽機有一個很大的缺點:工作時需要消耗大量的水蒸氣,要燃燒大量的煤!瓦特對紐可門蒸汽機做了一系列重大改進,發(fā)明了高效率的瓦特蒸汽機,推動了工業(yè)技術(shù)革命的興起。
瓦特對蒸汽機有哪些方面的貢獻呢?
首先,瓦特設計了一個和汽缸分離的冷凝器,顯著提高了蒸汽機的熱效率。
瓦特發(fā)現(xiàn)紐可門蒸汽機中的大部分蒸汽能量未被利用,所以熱效率低,浪費燃料,瓦特想,紐可門蒸汽機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,瓦特設計了一個和汽缸分離的冷凝器,把做功后的水蒸氣導出汽缸外冷卻,大大降低了蒸汽的消耗量,節(jié)約了煤。
第二,瓦特把蒸汽機活塞的直線運動變?yōu)檩嗇S旋轉(zhuǎn)的圓周運動,讓蒸汽機成為了能帶動一切機器工作的動力機。
帶有冷凝器的蒸汽機同老式蒸汽機相比,除了熱效率提高外,在作為動力機來帶動其他機器工作的方面,沒有進步。瓦特發(fā)現(xiàn),活塞只能做直線運動是真正的局限,1781年,他發(fā)明了齒輪聯(lián)動裝置,把活塞往返的直線運動轉(zhuǎn)變?yōu)辇X輪的旋轉(zhuǎn)運動,他還在輪軸上加裝了一個飛輪,使圓周運動更加均勻。
第三,瓦特發(fā)明了帶有雙向裝置的高壓汽缸,讓蒸汽機的效率得到飛躍。
瓦特發(fā)現(xiàn),蒸汽機在進行輪軸的旋轉(zhuǎn)運動時,會多消耗不少能量,瓦特對汽缸本身進行了研究,他猜想,如果讓蒸汽能夠從一端進入,從另一端排出,讓蒸汽既能推動活塞向上運動又能推動活塞向下運動,活塞就可以靠從兩邊進出的蒸汽連續(xù)推動了。瓦特根據(jù)這一設想,研制出了帶有雙向裝置的新汽缸,把活塞的“單向式”推動改為“雙向式”推動,而且把引入汽缸的蒸汽變?yōu)楦邏赫羝?,蒸汽機的效率翻倍提高了!通過這三次技術(shù)的飛躍,紐可門蒸汽機完全演變成了瓦特蒸汽機!
1788年,瓦特發(fā)明了離心調(diào)速器和節(jié)氣閥,對蒸汽機的運轉(zhuǎn)實行自動調(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)過這些改進。瓦特蒸汽機性能更優(yōu)良,配套更齊全,更實用,成為用于一切動力機械的“萬能原動機”。
瓦特蒸汽機大大推動了工業(yè)革命!19世紀40年代,瓦特蒸汽機完全取代了其他動力,機器大生產(chǎn)代替了手工業(yè)生產(chǎn),開始了社會現(xiàn)代化,瓦特蒸汽機還引起了交通運輸?shù)母锩谷祟愡~入了“火車、輪船時代”。
為了紀念瓦特對社會的杰出貢獻,人們把功率的單位命名為“瓦特”!
責任編輯 程哲