謎團檔案
時間:1769年
地點:英國
起因:瓦特發現蒸汽機
謎題回放:
在人類文明發展史上,蒸汽機的使用揭開了第一次工業革命的序幕,它的發明是工業革命史上的一個裏程碑。可這一大的發明據說是偶然的靈感所致,靈感創造科學,是這樣麽?
在18世紀初一個寒冷的冬天,蘇格蘭一個窮苦的家庭裏,一個小男孩正對著爐火上已經燒開的水壺發呆:白色的蒸汽如煙似霧地從壺嘴和壺蓋的縫隙中飄出,壺蓋被蒸騰的熱氣頂起來,落下去,發出此起彼伏,極具節奏的聲響。小男孩那一刻仿佛失去了知覺,沉浸在不為人知的狀態中,直至母親走進來大聲對他嗬斥,才猛然清醒過來。當時誰也不會知道,這個小男孩這一天的發呆經曆,在以後的日子裏被無數人反複地講述著。這個小男孩就是我們所熟知的蒸汽機的發明者——瓦特。
據說,瓦特就是因為當年受茶壺蓋的啟發,產生了發明蒸汽機的靈感。以後的人們為了查證蒸汽機發明的經過,做了大量的調研工作,他們發現,這個靈感的故事對於蒸汽機的發明似乎不夠,那麽蒸汽機究竟是怎麽發明出來的?讓我們先來做一個簡單的曆史回顧吧。
早在公元一世紀時,埃及亞曆山大裏亞學者希羅就利用蒸汽噴射反衝力做功,製成了蒸汽轉動裝置。1680年,法國物理學家巴本發明了高壓鍋,十年後,他又創造性地發明設計出最早的汽缸一一活塞裝置。1698年,英國工程師托馬斯·塞維利製造出世界上第一台實用性無活塞式礦井抽水蒸汽機。1712年,英國鍛工托馬司·牛可門結合巴本的汽缸活塞與塞維利的真空凝汽器的裝置特點,研製出了更為有效的大氣活塞式蒸汽機。以後,英國工程師司米頓又對牛可門的大氣活塞式蒸汽機進行了改進,使其效率在原來的基礎上增加了近一倍。接下來才該談到瓦特了。
瓦特1736年1月19日生於蘇格蘭的格林諾克。他曾在當地的文法學校上學,成績優異,後因生病而中途輟學。病好以後,他進入父親的工場裏做工。在這裏,他學到了豐富的木工、金屬冶煉與加工、機械製造、儀器修理等技術。1775年,他獨自一人來到倫敦進一步學習儀器製造技術,學成後到格拉斯哥大學裏當上了儀器修理工,專職負責教學用具的修理、維護與保管。也就是在格拉斯哥大學,他認識了熱力學家布萊克和後來成名的物理學家約翰·魯濱遜,並見到了一台牛可門式蒸汽機模型。牛頓與布萊克、約翰非常投機,三人經常湊在一起研究繼續改進蒸汽機的問題。
瓦特雖然對牛可門的大氣活塞式蒸汽機十分欣賞,但同時他也發現了這種機器存在的許多問題。諸如它的構造不僅消耗的能量大,做功效率低,而且在運行時極其不穩定,蒸汽機時冷時熱,機械作業無法持久。為了解決這些問題,瓦特將自己的業餘時間都投入進去,他用玻璃瓶、竹筒等簡陋器具做了一連串簡單而有趣的實驗,詳細研究了蒸汽的密度、壓力和溫度之間的關係。同時,他還對蒸汽機如何充分利用熱量做了仔細的研究與論證,取得了突破性的進展。
1769年,瓦特成功地製造出一個單動式蒸汽機,它的耗煤量僅為牛可門蒸汽機的四分之一。這是一個非常了不起的進步。可瓦特卻並不滿足。取得專利後,他在企業家博爾頓的支持下對蒸汽機進行新的進一步的研究,將直線往複的機械運動轉變成圓周旋轉運動,並提出了著名的“行星齒輪機構”。
第二年,瓦特便成功地製造出了複動式蒸汽機。在隨後的日子裏,瓦特一直致力於對蒸汽機的改進與提高。到1784年,瓦特的“平行連杆機構”使得蒸汽機具有了更為廣泛的工業實用性。經過了這麽多年不斷修正改良的蒸汽機,比牛可門式蒸汽機的工作效率提高了兩倍,耗煤量卻降低了75%。它不僅速度很快,而且安全可靠,在當時幾乎無可挑剔,被譽為“萬能蒸汽機”。它迅速地成為適用於一切工業部門的動力機械,廣泛應用於紡織、采礦、冶金、造紙、機械等各個行業。進入19世紀後,由於金屬材料應用技術的提高,蒸汽機的身材在不斷地變小,並被廣泛地運用於交通工具上。
1785年,鑒於瓦特對蒸汽技術的卓越貢獻,他被選為英國皇家學會會員。1804年,他被格拉斯哥大學授予法學博士。1814年,他被法國聘為“法蘭西科學家國外會長”。瓦特去世後,英國著名的威斯敏斯特大教堂為他塑了雕像。後人為了紀念他,用他的名字“瓦特”作為計算功率的一種單位。
瓦特對蒸汽機的改進極大地促進了人類文明發展的進程,在科學的曆史上,他功不可沒。他的成功關鍵是勤奮、好學,善於總結別人的經驗並堅持不懈地進行科學探索。而這些也正是一切科學研究必備的條件。
謎案追蹤:
瓦特究竟是根據什麽發明的蒸汽機,我們到現在還是不得而知,可是蒸汽機對人類曆史的發展以及對科學的發展進程的貢獻,卻是不可磨滅的。這遠比尋找你發明原因更重要吧!