蒸汽機(jī)的發(fā)明與應(yīng)用

申珮迪

摘 要：蒸汽機(jī)是18世紀(jì)工業(yè)革命史上的一項(xiàng)重要發(fā)明，它改變了人們的生產(chǎn)生活方式。基于此，筆者根據(jù)個(gè)人學(xué)習(xí)興趣，通過(guò)收集相關(guān)文獻(xiàn)資料，對(duì)蒸汽機(jī)的起源與應(yīng)用進(jìn)行了探討，希望通過(guò)本文，能給予同學(xué)們一些啟示，共同進(jìn)步。

關(guān)鍵詞：蒸汽機(jī)；起源；原理；改進(jìn)；應(yīng)用

1 蒸汽機(jī)的起源與原理

蒸汽機(jī)是英國(guó)人薩維利于1698年，紐可門(mén)于1705年各自獨(dú)立發(fā)明的。1765年瓦特在紐可門(mén)的基礎(chǔ)上，對(duì)蒸汽機(jī)做了重大改進(jìn)，使蒸汽機(jī)實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)代化，大大提高了蒸汽機(jī)的效率。為紀(jì)念瓦特的貢獻(xiàn)，功率的單位以其姓氏命名。蒸汽機(jī)的發(fā)明推進(jìn)了生產(chǎn)力的發(fā)展，解放了生產(chǎn)力，提高了勞動(dòng)效率。蒸汽機(jī)的應(yīng)用是人類(lèi)認(rèn)識(shí)和利用自然力的一個(gè)大突破，是人類(lèi)歷史上的第一次技術(shù)革命。

蒸汽機(jī)的工作原理是用燃燒煤產(chǎn)生熱量，將水加熱成高溫高壓的水蒸氣，利用高壓水蒸氣推動(dòng)氣缸中的活塞運(yùn)動(dòng)，活塞帶動(dòng)曲軸將往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)動(dòng)；直到19世紀(jì)90年代，我們還能看到蒸汽機(jī)火車(chē)頭在鐵路上急駛。但由于內(nèi)燃機(jī)的熱機(jī)效率低，污染嚴(yán)重而被淘汰，現(xiàn)在我們只能在博物館中目睹它的風(fēng)采了。

2 蒸汽機(jī)的改進(jìn)與應(yīng)用

蒸汽機(jī)的發(fā)明作為一種經(jīng)濟(jì)現(xiàn)象，它能夠不斷得到改進(jìn)的一個(gè)重要的經(jīng)濟(jì)原則是獲益要永遠(yuǎn)大于消耗。

薩夫里制造蒸汽機(jī)的目的是代替那些在礦井中安裝的全套的重疊唧筒，這些設(shè)備加大了開(kāi)礦的成本，使利潤(rùn)減少。但他的發(fā)明使燃料的消耗加大，且存在工作和生產(chǎn)效率問(wèn)題。紐科門(mén)的機(jī)器一問(wèn)世，它就遭到淘汰。經(jīng)過(guò)完善，紐科門(mén)的蒸汽機(jī)得到推廣，它比以前所使用的動(dòng)力更加高效、節(jié)能。一架蒸汽機(jī)相當(dāng)于五十馬力的功，而費(fèi)用只是原來(lái)的六分之一。但它仍具有薩夫里蒸汽機(jī)的缺陷，需要消耗大量的燃料。由于火力泵和水力機(jī)組合所產(chǎn)生的力的喪失。加上因冷凝氣缸所造成的熱素的喪失，結(jié)果就是燃料的耗費(fèi)同所得的效果不相稱(chēng)。同時(shí)，它也只能做往復(fù)的直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，還不能用在其他領(lǐng)域進(jìn)行生產(chǎn)。瓦特的蒸汽機(jī)克服了它的缺陷。瓦特發(fā)明的“雙作用式蒸汽機(jī)”具有節(jié)能、高效、工作可靠、應(yīng)用范圍廣等特點(diǎn)。因此，它不僅在采礦業(yè)中受青睞。而且在紡織、冶金、機(jī)器制造、交通運(yùn)輸?shù)雀餍懈鳂I(yè)得到廣泛應(yīng)用。

在冶金業(yè)方面，1775年，索霍工廠交給伯明翰附近的布魯姆菲爾德煤礦一架蒸汽抽水機(jī)，它比紐科門(mén)機(jī)器抽水快兩倍，而燃料耗費(fèi)量卻是同等的。

在紡織業(yè)中，理查德，阿克萊特早已承認(rèn)“每當(dāng)工廠易于設(shè)在城市里或者設(shè)在已有建筑物的地方，而能對(duì)燃料的消費(fèi)量和使用費(fèi)的支付作出抵償時(shí)，蒸汽機(jī)就一定能夠用于紗廠。”在帕普爾維克，魯賓遜紗廠于1785年第一個(gè)使用蒸汽機(jī)。之后擴(kuò)展到沃林頓和諾丁漢。從1794年起，蒸汽機(jī)緊緊隨著機(jī)械和機(jī)器的采用漸漸進(jìn)入毛紡廠。

在運(yùn)輸業(yè)方面，運(yùn)輸工具在蒸汽的推動(dòng)下有了重大的變化。1807年美國(guó)富爾頓發(fā)明了火輪船；1814年英國(guó)的史蒂芬孫發(fā)明了火車(chē)。蒸汽機(jī)的廣泛應(yīng)用直接影響了現(xiàn)代交通工具的發(fā)展。

蒸汽機(jī)在各行業(yè)中的應(yīng)用壓縮了產(chǎn)品的成本。工廠建在人口集中的地區(qū)，可降低勞動(dòng)力的價(jià)格和產(chǎn)品運(yùn)輸?shù)馁M(fèi)用，促進(jìn)企業(yè)的投資熱情。

蒸汽機(jī)的發(fā)明所產(chǎn)生的影響正如伯爾芒圖所述：“蒸汽機(jī)的發(fā)明完成工業(yè)的集中。它使工業(yè)的相互依賴(lài)關(guān)系更加密切同時(shí)又使工業(yè)的發(fā)展歸于統(tǒng)一。”“蒸汽機(jī)的發(fā)明這一重大事件，開(kāi)始了工業(yè)革命的最后的、最具有決定性的階段。蒸汽把那些還壓在大工業(yè)身上的束縛解放之后，就有可能無(wú)限迅速地發(fā)展了。事實(shí)上，使用蒸汽并不象使用水那樣必須取決于位置和當(dāng)?shù)刭Y源等絕對(duì)條件。凡能獲得公道價(jià)格煤的地方，都可以安裝蒸汽機(jī)。在英國(guó)，煤藏豐富，煤的使用在十八世紀(jì)末已經(jīng)是增多了。那里特意創(chuàng)設(shè)的航路網(wǎng)有可能以很少的費(fèi)用把煤運(yùn)送到各處，全國(guó)已經(jīng)變成一個(gè)特別宜于工業(yè)生長(zhǎng)的享有優(yōu)惠的世界。工廠現(xiàn)在可以離開(kāi)其原來(lái)孤立于水流岸邊的溪谷；工廠接近市場(chǎng)可以購(gòu)買(mǎi)原料和出賣(mài)產(chǎn)品，移近人口中心可以招募人員；工廠將會(huì)和集中起來(lái)形成一些巨大而黝黑的工業(yè)城市，蒸汽機(jī)將使無(wú)窮的煙云飛翔在這些城市的上空。”到19世紀(jì)三四十年代，蒸汽機(jī)已在全世界廣泛應(yīng)用，使人類(lèi)進(jìn)入了所謂的“蒸汽時(shí)代”。

3 總結(jié)

總之，蒸汽機(jī)有很大的歷史作用，它曾推動(dòng)了機(jī)械工業(yè)甚至社會(huì)的發(fā)展。隨著它的發(fā)展而建立的熱力學(xué)和機(jī)構(gòu)學(xué)為汽輪機(jī)和內(nèi)燃機(jī)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)；汽輪機(jī)繼承了蒸汽機(jī)以蒸汽為工質(zhì)的特點(diǎn)和采用凝汽器以降低排汽壓力的優(yōu)點(diǎn)，摒棄了往復(fù)運(yùn)動(dòng)和間斷進(jìn)汽的缺點(diǎn)；內(nèi)燃機(jī)繼承了蒸汽機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和傳動(dòng)形式，采用了將燃油直接輸入汽缸內(nèi)燃燒的方式，形成了熱效率高得多的熱力循環(huán)；同時(shí)，蒸汽機(jī)所采用的汽缸、活塞、飛輪、飛錘調(diào)速器，閥門(mén)和密封件等，均是構(gòu)成多種現(xiàn)代機(jī)械的基本元件。

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