開(kāi)啟工業(yè)革命的大門(mén)

本文格式為Word版，下載可任意編輯——開(kāi)啟工業(yè)革命的大門(mén)一個(gè)瘦弱的小男孩，坐在火爐邊的小凳子上，專注地盯著火爐上燒開(kāi)水的鍋?zhàn)印０雮€(gè)小時(shí)過(guò)去了，水燒開(kāi)了，鍋的蓋子不時(shí)地向上騰起?！笆鞘裁戳κ瑰伾w往上升呢？〞他自言自語(yǔ)著。他注意到當(dāng)鍋蓋升起的一瞬間，有一股灼熱的蒸汽從鍋中逃逸出來(lái)。“哦，原來(lái)如此！〞他明白了，一定是這股蒸汽向上升騰的力量把鍋蓋舉起來(lái)了！“既然一小股蒸汽可以掀起一個(gè)鍋蓋，更多的蒸汽不是可以推動(dòng)更大、更重的東西嗎?〞帶著疑問(wèn)，長(zhǎng)大后的小男孩終究改良了蒸汽機(jī)，點(diǎn)燃了西方工業(yè)革命的火種。

這個(gè)人，就是瓦特。

年輕的儀器制造師

1736年1月19日，瓦特出生在蘇格蘭的一個(gè)富足商人家庭。父親是個(gè)造船工程師，瓦特在父親的工廠里度過(guò)了自己的少年時(shí)代，學(xué)會(huì)了操縱機(jī)械、使用器具，并把握了作為一名縝密機(jī)械工應(yīng)有的技術(shù)。

瓦特自小體弱多病，不能像其他同齡人一樣按時(shí)上學(xué)，而是到11歲才進(jìn)學(xué)校插班學(xué)習(xí)。在學(xué)校里，他被特許不參與體育活動(dòng)，為此遭到了同學(xué)的嘲諷與輕視。同學(xué)們都譏笑他是一個(gè)“愚鈍〞的孩子。直到13歲，在換了一所新學(xué)校后，瓦特才一改以前的“愚鈍〞，開(kāi)始在學(xué)習(xí)中顯露鋒芒。

惋惜好景不長(zhǎng)，由于身體原因，瓦特不得不中斷學(xué)業(yè)回到家中。利用輟學(xué)在家的機(jī)遇，瓦特到父親的工作室學(xué)習(xí)技術(shù)。在父親的幫助下，瓦特?fù)碛辛俗约旱墓ぞ吆凸ぷ髋_(tái)，并漸漸地迷上了這些手工活兒，使自己很快成為一個(gè)內(nèi)行的手藝人。到了15歲，他立志要使自己成為一名科學(xué)儀器制造者。

1753年，是瓦特一生中最不幸的一年。在這一年，瓦特的母親不幸去世，這對(duì)他無(wú)疑是一個(gè)沉重的打擊。禍不單行的是他父親由于經(jīng)營(yíng)虧損而破產(chǎn)，家庭生活變得十分困難。為了減輕父親的負(fù)擔(dān)，瓦特決定自謀出路，來(lái)到外婆家。

在外婆家，瓦特結(jié)識(shí)了格拉斯哥大學(xué)的羅伯特·迪克教授，并且與他結(jié)下了終身友情。在迪克教授的勸導(dǎo)與幫助下，瓦特來(lái)到倫敦學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)儀器制作技術(shù)。為了找到名師，瓦特歷經(jīng)千辛萬(wàn)苦，最終終究投奔到摩根的門(mén)下。自古磨難出英雄，艱苦環(huán)境鍛煉出人的意志。在那兒，瓦特工作十分刻苦，每天在作坊里工作長(zhǎng)達(dá)12小時(shí)。為了維持生活，他還不得不利用清早和夜間的時(shí)間去幫別人干活。工夫不負(fù)有心人，還沒(méi)到出師的時(shí)間，瓦特就已制造出技術(shù)高、難度大的航海儀器、經(jīng)緯儀、指南針等一批儀器。艱苦的學(xué)徒生活，繁重的體力勞動(dòng)，使體質(zhì)本來(lái)就柔弱的瓦特難以承受了。但靠著頑強(qiáng)的毅力，瓦特一直熬到學(xué)徒期滿才啟程回家。

在父親那里療養(yǎng)了一段時(shí)間后，瓦特前往格拉斯哥城拜見(jiàn)迪克博士。迪克教授交給了瓦特一項(xiàng)工作——修復(fù)一批價(jià)值昂貴的天文儀器。懷著滿腔熱心，帶著眾人的希望，瓦特不斷地對(duì)儀器精心檢修和調(diào)試，這批天文儀器終究被修復(fù)得完好如初。他的才華也就在這時(shí)獲得了專家教授們的一致好評(píng)。由此，瓦特被格拉斯哥大學(xué)聘為“數(shù)學(xué)儀器制造師〞。那年，瓦特只有20歲。

蒸汽機(jī)帶來(lái)的困惑

早在公元前2世紀(jì)，人類(lèi)對(duì)蒸汽的認(rèn)識(shí)和利用已有一定的知識(shí)。到了1698年，托馬斯·薩弗里依據(jù)蒸汽推動(dòng)力原理，制造了蒸汽泵以解決礦井排水的困難，但它的排水能力十分有限。到1712年，鐵匠紐可門(mén)在薩弗里的基礎(chǔ)上成功地發(fā)明第一臺(tái)較為實(shí)用的蒸汽機(jī)，在礦山、城市供水和農(nóng)田澆灌等方面得到普遍地推廣。不過(guò)紐可門(mén)蒸汽機(jī)效率低、耗煤量大，有“煤老虎〞之稱。而且它是活塞式往復(fù)運(yùn)動(dòng)，不能作為其他機(jī)器的動(dòng)力機(jī)。

格拉斯哥大學(xué)有一臺(tái)紐可門(mén)蒸汽機(jī)模型。這臺(tái)模型蒸汽機(jī)雖然配有一個(gè)相當(dāng)大的蒸汽鍋爐，但依舊無(wú)法提供足夠的蒸汽維持蒸汽機(jī)的持續(xù)運(yùn)行。1763年，格拉斯哥大學(xué)交給瓦特一份修理紐可門(mén)式氣壓蒸汽機(jī)模型的工作。瓦特從未見(jiàn)過(guò)紐可門(mén)式蒸汽機(jī)，這送上門(mén)來(lái)的工作可謂天賜良機(jī)。通過(guò)檢查，他發(fā)現(xiàn)了毛病所在，并馬上修理了模型。為了證明修理的成功，瓦特決定最終檢測(cè)一次，他給小鍋爐灌滿水，點(diǎn)火，蒸汽產(chǎn)生了！接著活塞開(kāi)始上下活動(dòng)，機(jī)器漸漸地轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)了。本以為大功告成了，可是好景不長(zhǎng)，發(fā)動(dòng)機(jī)做完第五個(gè)沖程后馬上中止了轉(zhuǎn)動(dòng)。

經(jīng)過(guò)不斷地觀測(cè)和研究，瓦特發(fā)現(xiàn)，用蒸汽加熱汽缸，再用水冷卻是不合理的。由于當(dāng)時(shí)熱力學(xué)理論水平的限制，瓦特?zé)o法找到上述問(wèn)題存在的原因。帶著疑問(wèn)他走訪了布萊克教授，在布萊克教授的啟發(fā)下，他終究找出了該蒸汽機(jī)的毛病。原來(lái)在其氣缸充蒸汽、冷卻的交替過(guò)程中，蒸汽機(jī)中有很大一部分熱量被消耗了，這部分熱量沒(méi)有用于做功，而是用于加熱被冷水降溫后的氣缸。氣缸由100℃在冷凝蒸汽過(guò)程中被降至20℃，雖然得到了真空，卻又需馬上恢復(fù)到100℃。這樣一熱一冷，有4/5的蒸汽熱量損失了，造成了燃料消耗大、熱量供不上，從而導(dǎo)致了停機(jī)。

沒(méi)有冷凝就不能形成真空，沒(méi)有真空就沒(méi)有蒸汽動(dòng)力，而降溫后氣缸又需花費(fèi)大量蒸汽再加熱氣缸，造成熱效率不高。怎樣才能既可以產(chǎn)生真空又能保持氣缸不降溫呢？這正是當(dāng)時(shí)難以解決的矛盾。

1765年1月，一個(gè)晴朗的下午，瓦特單獨(dú)一人在草地上溜達(dá)，腦海里一直在琢磨著蒸汽機(jī)。當(dāng)他走過(guò)校園洗衣房時(shí)，一個(gè)奇妙的設(shè)想閃現(xiàn)在他的腦海里：蒸汽可以滾動(dòng)，它無(wú)孔不入，假使在氣缸和排氣室之間有一個(gè)通道的話，那么蒸汽就會(huì)涌進(jìn)這個(gè)排氣室，并讓它在那里冷凝，而無(wú)須用冷水噴灑氣缸。這樣，只要使用紐可門(mén)式引擎上的噴嘴，就可以解決冷凝蒸汽和注水的問(wèn)題。瓦特終究找到了答案，即在氣缸外附加一個(gè)與之相通的冷凝蒸汽的容器。

瓦特興奮極了，其次天，瓦特就迫不及待地來(lái)到工作室，依照他的設(shè)想制成了第一臺(tái)簡(jiǎn)單而粗糙的分開(kāi)式冷凝器。試驗(yàn)開(kāi)始了，把冷凝器安裝在紐可門(mén)引擎模型上，并往冷凝器里注冷水；給鍋爐加熱，蒸汽從氣缸進(jìn)入冷凝器被冷卻，氣缸內(nèi)形成了真空；在大氣壓力和蒸汽膨脹力的雙重作用下，活塞終究上下活動(dòng)了。“成功了!〞瓦特興奮地大叫一聲。

點(diǎn)燃工業(yè)革命的火種

分開(kāi)式冷凝器的設(shè)計(jì)成功給了瓦特極強(qiáng)的信心，使他一反意志消沉和自我懷疑的心態(tài)，輕松愉快地進(jìn)行自己的試驗(yàn)。

然而，任何事情的發(fā)展總不是一帆風(fēng)順的。紐可門(mén)式引擎熱效率低的主要原因是在汽缸內(nèi)冷凝蒸汽浪費(fèi)了大量熱量，但這并不是唯一原因，活塞漏氣也是其原因之一。瓦特的分開(kāi)式冷凝器雖然解決了保持恒溫問(wèn)題，但尚無(wú)方法解決活塞漏氣的問(wèn)題。

在瓦特改良蒸汽機(jī)的過(guò)程中，企業(yè)家羅巴克給予他很大的資金支持。但瓦特開(kāi)始的設(shè)計(jì)并不合理，產(chǎn)品銷(xiāo)路不廣，連累羅巴克本人瀕于破產(chǎn)，羅巴克便把瓦特介紹給了企業(yè)家博爾頓。博爾頓欣然擔(dān)任瓦特的贊助人，但瓦特又差點(diǎn)把博爾頓弄破產(chǎn)。恰逢此時(shí)，機(jī)器加工技術(shù)的進(jìn)步又為瓦特的成功提供了可靠的條件。原本用于加工大炮彈道內(nèi)壁的鏜床的發(fā)明，解決了使瓦特傷透腦筋的活塞漏氣問(wèn)題。瓦特用鏜床加工汽缸內(nèi)壁，大大提高了氣缸的縝密度，解決了過(guò)去的鍛造方式造成的不圓不勻，導(dǎo)致活塞與氣缸之間的間隙過(guò)大而漏氣的問(wèn)題。

在博爾頓的建議啟發(fā)下，瓦特于1776年3月制成了兩臺(tái)通用動(dòng)力機(jī)：一臺(tái)是為一個(gè)煤礦研制的直徑為127厘米的排水用蒸汽機(jī)，另一臺(tái)是為一工廠設(shè)計(jì)的75厘米的給高爐鼓風(fēng)的蒸汽機(jī)。新型蒸汽機(jī)在提供同樣動(dòng)力的狀況下，所消耗的燃料只有紐可門(mén)式引擎的1/4。

為了精益求精和適應(yīng)各行各業(yè)的需求，1781年瓦特又發(fā)明白一些附加的機(jī)械裝置，使蒸汽機(jī)由單一動(dòng)力機(jī)成為用于一切動(dòng)力機(jī)械的“萬(wàn)能原動(dòng)機(jī)〞。新的真正的蒸汽時(shí)代開(kāi)始了。

瓦特蒸汽機(jī)的發(fā)明，對(duì)近代工業(yè)的影響是不可估量的。它促進(jìn)了資本主義經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，引起紡織、采礦、鋼鐵、機(jī)械和交通運(yùn)輸?shù)雀餍袠I(yè)一連串的連鎖反應(yīng)。此后人類(lèi)終止了總是一臉無(wú)可奈何神色的孩童時(shí)期，在喜怒無(wú)常的大自然面前第一次感到自己的力量。

1819年8月25日，瓦特在靠近伯明翰的家里去世。他的訃告中是這樣形容他改進(jìn)的蒸汽機(jī)的：“它武裝了人類(lèi)，使虛弱無(wú)力的雙手變得力大無(wú)窮，健全了人類(lèi)的大腦以處理一切難題。它為機(jī)械動(dòng)力在未來(lái)創(chuàng)造奇跡打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，將有助并報(bào)償后代的勞動(dòng)。〞

上期頭腦奧林匹克答案

你會(huì)心算嗎？

（2÷3－4＋5）×6＝10

考古學(xué)家

將每個(gè)圖形的右半邊蓋住，你會(huì)看見(jiàn)數(shù)字1、3、5、7。下一個(gè)符號(hào)顯然是9，當(dāng)然，還要在右邊加上一個(gè)反寫(xiě)的9。

亂七