4.3.1 瓦特变革1在线视频

同学们 大家好

1754年 瓦特的父亲经商失败而破产

瓦特就走上社会

先在格拉斯哥当了一名机械工的学徒

不久又到伦敦继续他的学徒之旅

由于他勤奋学习

又有一定的工程基础

在努力实践的基础上

还没出师的时候

就能制造难度较大的航海仪器

经纬仪等仪器

但是 艰苦的学徒生活

繁重的体力劳动

使瓦特劳累过度

在1756年的8月病倒了

不得不回家休息

为了生计

瓦特病还没有好就又去格拉斯哥

想经营仪器制造和修理工作

由于当地行会限制

没有取得成绩

1757年 瓦特经人介绍到格拉斯哥大学

这是一所成立于1451年的古老大学

在英语国家的大学历史中排名第四

前三名依次是牛津大学

剑桥大学和圣安德鲁斯大学

在这个大学里

它主要从事修理教学仪器

瓦特修理仪器的时候

正好实验室里有一台巴本的蒸汽泵

他就用利用这台蒸汽泵

进行一些蒸汽技术方面的实验研究

并开始思考如何改进蒸汽机的问题

1763年 格拉斯哥大学

有一台用于教学的纽可门蒸汽机坏了

大学请来伦敦一位仪表工来修理

但没有修好

第二年 瓦特接受了这一修理工作

瓦特在修理纽可门蒸汽机时

发现纽科门蒸汽机

并不像他以前渴望

和仰慕已久的蒸汽机那样完美

而是存在着不少明显的缺点

比如说 纽科门蒸汽机

并没有利用蒸汽的张力

仅利用了气压的压差

瓦特认为已经烧出了那么多的蒸汽

而让张力白白散失未免大材小用

又比如 它太费燃料

瓦特请人经过精确的计算

结果表明 75%的蒸汽用来加热汽缸

只有25%的蒸汽用来作功

瓦特根据格拉斯哥大学

布莱克教授的潜热理论获得启发

纽科门蒸汽机的问题出在汽缸

它既容纳从锅炉里喷出来的蒸汽

又在蒸汽注满后喷入冷水

使其冷凝产生真空

当蒸汽进入汽缸后

温度即上升到100℃以上

为了得到真空

又要立即向汽缸喷入冷水而冷凝

汽缸内的温度下降到20℃左右

就这样一升一降

活塞才能完成一个冲程的往返动作

这样 汽缸一会儿需要加热到

充满蒸汽的程度

一会儿又要浇凉到

使蒸汽完全冷凝的程度

同时 蒸汽经冷凝后温度仍然较高

真空度不好

这影响了蒸汽机的使用效果

有什么办法解决这个矛盾呢

这个问题日夜萦绕在瓦特的脑际

1763年5月 一个星期天的早晨

瓦特在格拉斯哥大学的草坪上散步时

突然冒出了一个极为简单明了的想法

将汽缸里蒸汽送到

另外一个容器里去单独冷凝

不是同样可以达到

既获得了可以做功的真空

又保持着汽缸里的温度不致过于下降

这样不就可以大大提高热的利用效率

从而节省大量燃料了吗

这是瓦特最早提出的蒸汽机改进方案

单设一个冷凝器

使它与汽缸分离

瓦特后来回忆道

在一个晴朗的礼拜日下午

我出去散步

从察罗托街尽头的城门来到一块草地

走过旧洗衣店

那时我正考虑蒸汽机的事情

然后来到了牧人的茅舍

这是我突然想到

因为蒸汽是具有弹性的物质

所以能够冲进真空里

如果把汽缸和排气容器相连接的话

那么蒸汽猛然冲进容器内

就可不使汽缸冷却的情况下

仅让蒸汽在那个容器中冷凝了吧

当这些在我头脑中考虑到成熟的时候

我还没有走到高尔夫球场

随着第一项的改进

很快促使瓦特完成他的第二项重大改进

那就是 瓦特很快发现

保持着同蒸汽一样高温的汽缸

里面蕴藏着极大动力的蒸汽

而且它产生的蒸汽不是断断续续

而是连续不断地

瓦特认识到

为了不必用水来防止活塞漏气

为了在活塞下去时防止空气冷却汽缸

那就必须使用蒸汽的张力作为动力

而不仅只是使用气压作为动力

瓦特说 在某些情况下

我打算使用蒸汽的膨胀力

它和现在一般的蒸汽机

是通过气压去推动活塞做功的原理相同

这样 即使是在不可能获得足够数量的

冷水时进行冷凝的条件下

蒸汽机也依然可以完成它的工作

经过一番改进

蒸汽不再仅仅作为一种辅助的

手段被加以利用

它本身就成为了一种

产生运动的积极力量

蒸汽真正成为推动机器的动力

1765年 瓦特经过改进后

试制出的模型试验表明

蒸汽机的热效率比纽科门的高4到6倍

而耗煤量节省四分之三

1769年瓦特设计出可以

节约火力蒸汽机和燃料消耗

的分离冷凝器

并在这一年获得了发明权

作为资本主义大工业动力机械的蒸汽机

正式诞生了

工业革命由此成为可能

让我们来比较一下

瓦特改进的蒸汽机

与纽科门蒸汽机的本质区别

纽科门的工作原理

锅炉与汽缸相通

汽缸同时也是冷凝场所

当汽缸中充满蒸汽时

冲挤活塞向上移动

然后从水管处喷浇冷水

使汽缸冷却

蒸汽冷凝 活塞下降

带动和它上面相连的杠杆运动

如此反复加热锅炉里的水以获得蒸汽

再通过水管处不断浇喷冷水使蒸汽冷凝

而瓦特蒸汽机

锅炉与汽缸相通

汽缸中充满汽后通往冷凝器

再从水管处

向冷凝器喷冷水使蒸汽冷却

冷凝器的充气和冷凝带动

与之相连的活塞上下运动

活塞再带动和上与之相连的杠杆动作

这样汽缸与冷凝器分开

汽缸可以永远保持必须的高温

而单使蒸汽冷凝的冷凝器

不间断的工作

这样不仅节省燃料

而且使蒸汽机不再断续工作

节省大量时间 大大提高了效率

在瓦特提出蒸汽机改进方案过程中

格拉斯哥大学的布莱克教授

和罗比森教授发挥了重要的作用

当时罗比森只是布莱克教授的学生

两人与瓦特结下了深厚的友谊

罗比森在他撰写的

《蒸汽与蒸汽机》一书中记叙到

当他将瓦特引荐布莱克的时候

说起自己第一次见到瓦特时

就被瓦特的博学和智力敏捷所感动

他说 原本我只希望找到一位工人

不曾想却找到了一位哲学家

他还说 每当我在工作中遇到疑难问题

就去找瓦特 无论什么问题

到了瓦特手中 都会迎刃而解

瓦特对布莱克教授

更是充满了尊敬和感激的心情

在他成名之后曾说

我之所以能够有今天

多亏布莱克教授的巨大帮助

是他教我物理学的理论和试验

他始终是我的真正朋友和顾问