機(jī)械“鼻祖”蒸汽機(jī)

江玉安

l8世紀(jì)60年代，一場(chǎng)由機(jī)器代替手工勞動(dòng)的技術(shù)變革率先在英國(guó)發(fā)生，這就是第一次工業(yè)革命，瓦特是其中的代表人物，其代表性貢獻(xiàn)是改良蒸汽機(jī).蒸汽機(jī)由鐵制造，煤是用來煉鐵的，同時(shí)也是蒸汽機(jī)的燃料.因此，蒸汽機(jī)、煤和鐵一起構(gòu)成了第一次工業(yè)革命的三大元素，

工業(yè)革命的序幕——燃煤煉鐵

工業(yè)革命之前，由于煉鐵技術(shù)落后，在全世界各國(guó)中，鐵都屬于稀有資源，也是國(guó)家戰(zhàn)略資源，在我國(guó)古代，鐵是由國(guó)家專賣的.英國(guó)的工業(yè)革命首先就是由煉鐵引發(fā)的.工業(yè)革命前.英國(guó)已經(jīng)有了資本主義萌芽，煉鐵技術(shù)得到了較大發(fā)展，煉鐵就是用木炭將鐵礦石還原成鐵，因此木炭用量大增，英國(guó)的樹木被大量砍伐.森林資源遭到嚴(yán)重破壞，后來工廠開始挖煤來煉鐵.煤的主要組成元素是碳，發(fā)熱效率比木柴高，是更好的煉鐵材料，煤后來也成為蒸汽機(jī)的動(dòng)力來源，

手工業(yè)時(shí)代主要依靠人力和畜力產(chǎn)生機(jī)械能.由于人畜所能轉(zhuǎn)化的機(jī)械能有限，因而導(dǎo)致生產(chǎn)力低下.后來蒸汽機(jī)的出現(xiàn)改變了能量轉(zhuǎn)換過程.煤中儲(chǔ)存的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為蒸汽的內(nèi)能，進(jìn)而推動(dòng)蒸汽機(jī)產(chǎn)生機(jī)械能，由于地球上煤儲(chǔ)量豐富且能量轉(zhuǎn)化效率較高，從而大大提高了生產(chǎn)力，

蒸汽機(jī)登上歷史舞臺(tái)

煤礦內(nèi)的坑道里往往積水很深，影響工作，怎樣快速高效地抽水、排水成為迫切需要解決的問題.就是在這樣的背景下，英國(guó)工程師紐科門在1712年首先發(fā)明了蒸汽機(jī)，實(shí)現(xiàn)了新的動(dòng)力形式——用水蒸氣推動(dòng)機(jī)械運(yùn)行.紐科門打開了一扇門，開了個(gè)好頭，但萬事開頭難，首創(chuàng)的也往往是不完善的.紐科門的蒸汽機(jī)性能不佳，效益不高，一直沒有得到大規(guī)模使用，被擱置了很長(zhǎng)時(shí)間.1763年，在格拉斯哥大學(xué)做修理工的瓦特接觸到了他夢(mèng)寐以求的紐科門蒸汽機(jī).這是一臺(tái)有故障的蒸汽機(jī).在維修過程中，瓦特發(fā)現(xiàn)紐科門蒸汽機(jī)在工作時(shí)活塞每推動(dòng)一次，汽缸里的蒸汽都要先冷凝，然后再加熱進(jìn)行下一次推動(dòng)，從而使得蒸汽80%的熱量都耗費(fèi)在維持汽缸的溫度上面，這就導(dǎo)致了蒸汽機(jī)工作效率低下.于是，瓦特開始嘗試對(duì)蒸汽機(jī)進(jìn)行改良.1765年，瓦特取得關(guān)鍵性進(jìn)展，他把蒸汽機(jī)的冷凝器與汽缸分離開來，制成“分離式”蒸汽機(jī)樣機(jī)，汽缸與冷凝器的分開，使得汽缸溫度可以持續(xù)保持高溫，提高了效率，節(jié)省了能源.

后來科學(xué)家布萊克、實(shí)業(yè)家馬修·博爾頓都非常看好蒸汽機(jī)的前景，于是他們聯(lián)合瓦特一起成立了公司.專門研制蒸汽機(jī).1776年，經(jīng)過不斷試制與改進(jìn)，第一批實(shí)用型蒸汽機(jī)制造成功，并開始應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)，這也被看成是工業(yè)革命的標(biāo)志性事件之一，這批蒸汽機(jī)由于只能提供往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)而主要應(yīng)用于抽水泵上，在博爾頓的建議下，瓦特開始繼續(xù)研究如何將蒸汽機(jī)的直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為圓周運(yùn)動(dòng).以便使得蒸汽機(jī)能為絕大多數(shù)機(jī)器提供動(dòng)力.1781年，瓦特公司的雇員威廉·默多克發(fā)明了一種稱為“太陽(yáng)與行星”的曲柄齒輪傳動(dòng)系統(tǒng).并以瓦特的名義成功申請(qǐng)了專利.后來，瓦特又發(fā)明了雙向汽缸，瓦特新型蒸汽機(jī)的效率是過去的紐科門蒸汽機(jī)的3倍.1794年，瓦特又與博爾頓合伙組建了專門制造蒸汽機(jī)的公司，不但享有多種專利保護(hù)，而且收取“初裝費(fèi)”.在博爾頓的成功經(jīng)營(yíng)下，到1824年，公司共生產(chǎn)了1165臺(tái)蒸汽機(jī).瓦特與博爾頓都賺得盆盈缽滿，瓦特由于改良蒸汽機(jī)在科學(xué)界也取得了巨大聲譽(yù)，后人為了紀(jì)念這位偉大的發(fā)明家.把功率的單位定為“瓦特”，

蒸汽機(jī)被廣泛使用

蒸汽機(jī)是將能量轉(zhuǎn)化并提供機(jī)械能的設(shè)備.它需要搭配各式各樣的機(jī)器使用才能產(chǎn)生生產(chǎn)力.來自英國(guó)的工程師特里維西克是蒸汽機(jī)使用的先行者，但是與瓦特的成功相比.特里維西克是一位悲劇英雄.最初蒸汽機(jī)在采礦業(yè)被廣泛使用.但是特里維西克還想擴(kuò)大蒸汽機(jī)的使用范圍.他想把蒸汽機(jī)安裝在車輛上.讓蒸汽機(jī)的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)車輛前進(jìn).1804年.特里維西克發(fā)明了世界上首輛可以實(shí)際運(yùn)作的蒸汽機(jī)車，但他的蒸汽機(jī)車過于笨重，常常壓壞木質(zhì)軌道，且性能不佳，最終因沒能吸引到投資而宣告失敗，

但特里維西克的事跡鼓勵(lì)了后來者.英國(guó)發(fā)明家史蒂芬森在1814年試制成功了一臺(tái)新型蒸汽機(jī)車，被稱為“旅行者號(hào)”.由于機(jī)車前進(jìn)時(shí)，不斷從蒸汽機(jī)煙囪里冒出火來，因此蒸汽機(jī)車被稱為“火車”.1825年，英國(guó)建成第一條鐵路.同年九月，“旅行者號(hào)”機(jī)車拖著三十多節(jié)小車廂正式試車，車廂載有450名乘客和90 t貨物，以24 km/h的速度跑完了40 km的路程.從此火車開始風(fēng)行世界.史蒂芬森也被譽(yù)為“火車之父”.

蒸汽機(jī)可以驅(qū)動(dòng)車輛在路面上跑起來，那蒸汽機(jī)同樣可以在水里驅(qū)動(dòng)船行進(jìn).美國(guó)工程師富爾頓發(fā)明了蒸汽機(jī)輪船.1803年，富爾頓的首次輪船試驗(yàn)在法國(guó)的塞納河舉行，雖然試航成功，但輪船被當(dāng)晚的暴風(fēng)雨毀壞.4年后的1807年8月18日，富爾頓在美國(guó)的哈得遜河上.用新制的蒸汽機(jī)輪船“克萊蒙脫號(hào)”再次試航.終獲成功，富爾頓被稱為“輪船之父”.

推動(dòng)第一次工業(yè)革命的不僅僅是科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步.發(fā)明專利和知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)、風(fēng)險(xiǎn)投資的大量引入，也給工業(yè)革命源源不斷地投入動(dòng)力，世界的面貌從此不同.以實(shí)業(yè)家、工程師為代表的資產(chǎn)階級(jí)從此成為推動(dòng)社會(huì)發(fā)展進(jìn)步的主要力量.之后的事情我們每一個(gè)中國(guó)人都難以忘記.完成工業(yè)革命的西方列強(qiáng)用堅(jiān)船利炮打開了古老中國(guó)的大門，給我們整個(gè)民族帶來了沉痛苦難.也讓我們明白了“落后就要挨打”的道理.在先輩們的努力奮斗下，今天的中國(guó)后來居上，高鐵里程世界第一，鋼鐵產(chǎn)量世界第一，擁有了兩艘航空母艦.希望我們廣大中學(xué)生繼續(xù)努力學(xué)習(xí)，未來投入到中華民族偉大復(fù)興的事業(yè)中.

責(zé)任編輯 林洋