发明家瓦特成才的故事

来源:百科故事网 时间:2020-08-05 属于: 科学家的故事

提到蒸汽机,人们就会想到英国的发明家瓦特。蒸汽机与瓦特的名字连在一起,这是因为瓦特在蒸汽机的发明创造上有着卓越的贡献。瓦特年轻的时候是一个制作物理和数学教学用的小器械的工匠。使人不可理解的是,这个瓦特为什么会发明这样巨大的蒸汽机?

瓦特生在苏格兰西海岸的一个名叫格利诺克的小海港。瓦特的父亲是格利诺克的造船工匠,同时,还经营各种海运业。他有一个修理厂,并有存放航海器材的仓库。瓦特的祖父生前当过数学和航海技术的教师,但在瓦特降生前就去世了。也许是这种影响吧,在瓦特的家中,卧室里挂着数学家奈匹亚和完成现代物理学的顿的肖像。瓦特就是看着这些肖像长大的。

瓦特

瓦特自幼身体瘦弱,以致超过学龄数年后才入校读书。初中时学习成绩极为平常,后来进入格林诺克学校学习,才显示他的好学才能。业余时间,他用父亲买来的工具制作模型等什物,从中找到了乐趣。他对读书感兴趣也是从这里开始的。他常到亲戚米尔黑德教授家里去玩。米尔黑德家里有许多书籍,吸引不少学生经常来往,家中呈现着活跃的气氛。由于受这种环境的影响,瓦特读了不少书,并主动学习了拉丁文、数学和商业。在数学中,他尤其喜欢几何。在学习制图、画图方面,他的才能和技术是第一流的,至今还留下瓦特许多美丽的设计图。18岁时,瓦特决心从事数学教具的制造业。

他毅然前往格拉斯哥,几经周折,最后在一家钟表店里当了学徒。由于瓦特能刻苦钻研,进店不到一年,手艺本领已经胜过店中其他学徒。在这期间,他利用工作之余,到当时著名的技师摩根处去学习机械学,只是后来不幸生了重病,才不得不回到家乡。病愈后,经人介绍又到格拉斯哥大学修理机械和仪器。该校拥有当时比较完善的仪器设备,这使瓦特有机会接触当时的先进技术,为以后改进和发明单动作和双动作蒸汽机,打下了坚实的基础。

有一天,学校中的一架纽可门蒸汽机(纽可门单动蒸汽机是当时许多种蒸汽机中比较完美的一种)坏了,校方让瓦特去修理。他把机件拆开逐一细看后,发现这种蒸汽机有很多缺点,因为该机的汽室全露在空气中,当蒸汽进入冷冰冰的汽缸时,为了加热气缸,就要消耗很多热量;而为了降低气缸内的温度,使汽缸里的蒸气冷凝,又必需喷冷水。这样,几乎四分之三的蒸气被白白浪费掉,以致热效率很低。

瓦特将该机修好后,决心对纽可门蒸汽机进行改造。当时热和功的转换定律已经被发现,瓦特读过这方面的书。他根据自己的丰富知识和多年实践经验,在纽可门蒸汽机上加了一个与汽缸分离的冷凝器。这样一来,汽缸就不必用冷水降温了,而可以让汽缸始终保持与蒸汽一样的温度;他又在有丰富经验的机械工人帮助下,解决了制造精密汽缸、活塞的工艺问题。这样,瓦特就从根本上改进了纽可门蒸汽机,创造了他的单动作蒸汽机。这种蒸汽机的耗煤量只有纽可门蒸汽机的四分之一,动作又比纽可门蒸汽机迅速。这种蒸汽机的制造成功,给煤矿矿井的排水带来很大方便,深受使用单位的欢迎。

即使这样瓦特也不满足。他想,以往的各种蒸汽机都是利用蒸气冷凝造成了真空条件,让大气压力去做功的。为什么不可以直接利用蒸气产生的压力去做功呢?他打破前人的框框,作了种种设计,经过近10年的紧张劳动和多次重大改进,终于在1784年设计制造出了一种往复式蒸汽机。这种蒸汽机的特点,一是使蒸气通过一个滑阀装置从两端轮流进入汽缸,变成一种双动作蒸汽机,二是采用曲轴连杆装置,将活塞的往复运动转变为曲轴的转动;三是设置了离心式调速器,对蒸汽机的转速实行自动控制。瓦特在设计上精心构思,对蒸汽机的制作进行了重大改进,创造了第一台名副其实的蒸汽机(在他以前的那种蒸汽机,严格地说只不过是"大气机"因为都是利用大气压力做功),开创了一个使科学技术和生产迅速发展的蒸气时代。

瓦特的蒸汽机比纽可门蒸汽机大大提高了热效率和工作的可靠性,能驱动各种机器,因而迅速被各个工业部门所采用。到19世纪30年代,蒸汽机已在全世界广泛应用。蒸汽机的发明,促进了欧洲18世纪的产业革命。这与瓦特的贡献是分不开的。为了纪念这位伟大的发明家,人们把常用的功率单位定为瓦特,简称瓦。

1794年10月,59岁的瓦特把事业让给儿子,从第一线退下来。1819年8月29日,瓦特在他的希思菲尔德的住宅里去世,终年84岁。直到现在在英国伦敦最出色的科学博物馆里,还陈列着纽可门的气压机和瓦特的蒸汽机。

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