瓦特发明蒸汽机的故事
瓦特是世界公认的蒸汽机发明家。他的创造精神、超人的才能和
不懈的钻研为后人留下了宝贵的精神和物质财富。瓦特改进、发明的
蒸汽机是对近代科学和生产的巨大贡献，具有划时代的意义，它导致
了第一次工业技术革命的兴起，极大的推动了社会生产力的发展。
1736年，瓦特出生在英国苏格兰格拉斯哥市附近的一个小镇格里
诺克，他的父亲是一个经验丰富的木匠，祖父和叔父都是机械工匠。
少年时代的瓦特，因为家境贫苦和体弱多病，没有受过完整的正规教育。他以前就读于格里诺克的文法学校，数学成绩特别优秀，但没有
毕业就退学了。但是，他在父母的教导下，一直坚持自学，很早就对
物理和数学产生了兴趣。瓦特从六岁开始学习几何学，到十五岁时就
学完了《物理学原理》等书籍。他常常自己动手修理和制作起重机、
滑车和一些航海器械。
1753年，瓦特到格拉斯哥市当徒工。因为收入过低不能维持生活，第二年他又到伦敦的一家仪表修理厂当徒工。凭借着自己的勤奋好学，他很快学会了制造那些难度较高的仪器。但是繁重的劳动和艰苦的生
活损害了他的健康，一年后，他不得不回家休养。一年的学徒生活使
他饱尝辛酸，也使他练就了精湛的手艺，培养了他坚韧的个性。
1756年，当他的身体稍有好转，瓦特再次踏上了坎坷的道路来到
格拉斯哥市。他想当一名修造仪器的工人，但是因为他的手艺没有满师，当时的行会不允许。幸运的是，瓦特的才能引起了格拉斯哥大学
教授台克的重视。在他的介绍下，瓦特进入格拉斯哥大学当了教学仪
器的工人。这所学校拥有当时较为完善的仪器设备，这使瓦特在修理
仪器时理解了先进的技术，开阔了眼界。这时，他对以蒸汽作动力的
机械产生了浓厚的兴趣，开始收集相关资料，还为此学会了意大利文
和德文。在大学里，他理解了化学家约瑟夫·布莱克和约翰·鲁宾逊等。瓦特从他们那里学到了很多科学理论知识。1764年，瓦特与表妹
玛格丽特·米勒结了婚。
1764年，学校请瓦特修理一台纽可门式蒸汽机，在修理的过程中，瓦特熟悉了蒸汽机的构造和原理，并且发现了这种蒸汽机的两大缺点：活塞动作不连续而且慢；蒸汽利用率低，浪费原料。以后，瓦特开始
思考改进的办法。直到1765年的春天，在一次散步时，瓦特想到，既
然纽可门蒸汽机的热效率低是蒸汽在缸内冷凝造成的，那么为什么不
能让蒸汽在缸外冷凝呢？瓦特产生了采用分离冷凝器的最初设想。
在产生这种设想以后，瓦特在同年设计了一种带有分离冷凝器的
蒸汽机。按照设计，冷凝器与汽缸之间有一个调节阀门相连，使他们
既能连通又能分开。这样，既能把做工后的蒸汽引入汽缸外的冷凝器，又能够使汽缸内产生同样的真空，避免了汽缸在一冷一热过程中热量
的消耗，据瓦特理论计算，这种新的蒸汽机的热效率将是纽可门蒸汽
机的三倍。从理论上说，瓦特的这种带有分离器冷凝器的蒸汽机显然
优于纽可门蒸汽机，但是，要把理论上的东西变为实际上的东西，把
图纸上的蒸汽机变为实在的蒸汽机，还要走很长的路。瓦特辛辛苦苦
造出了几台蒸汽机，但效果反而不如纽可门蒸汽机，甚至四处漏气，
无法开动。即使耗资巨大的试验使他债台高筑，但他没有在困难面前
怯步，继续实行试验。当布莱克知道瓦特的奋斗目标和困难处境时，
他把瓦特介绍给了自己一个十分富有的朋友--化工技师罗巴克。当时
罗巴克是一个十分富有的企业家，他在苏格兰的卡隆开办了第一座规
模较大的炼铁厂。虽然当时罗巴克已近50岁，但对科学技术的新发明
仍然倾注着极大的热情。他对当时只有三十来岁的瓦特的新装置很是
赞许，当即与瓦特签订合同，赞助瓦特实行新式蒸汽机的试制。
从1766年开始，在三年多的时间里，瓦特克服了在材料和工艺等
各方面的困难，终于在1769年制出了第一台样机。同年，瓦特因发明
冷凝器而获得他在革新纽可门蒸汽机的过程中的第一项专利。第一台
带有冷凝器的蒸汽机虽然试制成功了，但它同纽可门蒸汽机相比，除
了热效率有显著提升外，在作为动力机来带动其他工作机的性能方面
仍未取得实质性进展。就是说，瓦特的这种蒸汽机还是无法作为真正
的动力机。
因为瓦特的这种蒸汽机仍不够理想，销路并不广。当瓦特继续实
行探索时，罗巴克本人已濒于破产，他又把瓦特介绍给了自己的朋友、工程师兼企业家博尔顿，以便
瓦特能得到赞助继续实行他的研制工作。博尔顿当时经四十多岁，是位能干的工程师和企业家。他对瓦特的创
新精神表示赞赏，并愿意赞助瓦特。博尔顿经常参加社会活动，他是
当时伯明翰地区的科学社团“圆月学社”的主要成员之一。参加这个
发明家的故事学社的大多都是本地的一些科学家、工程师、学者以及科学爱好者。
经博尔顿的介绍，瓦特也参加了圆月学社。在圆月学社活动期间，因
为与化学家普列斯特列等交往，瓦特对当时人们注重的气体化学与热
化学有了更多的了解，为他后来参加水的化学成分的争论奠定了基础。更重要的是，圆月学社的活动使瓦特进一步增长了科学见识，活跃了
科学思想。
瓦特自与博尔顿合作之后即在资金、设备、材料等方面得到大力
支持。瓦特又生产了两台带分离冷凝器的蒸汽机，因为没有显著的改进，这两台蒸汽机并没有得到社
会的注重。这两台蒸汽机耗资巨大，
使博尔顿也濒临破产，但他仍然给瓦特以慷慨的赞助。在他的支持下，瓦特以百折不挠的毅力继续研究。自1769年试制出带有分离冷凝器的
蒸汽机样机之后，瓦特就已看出热效率低已不是他的蒸汽机的主要弊病，而活塞只能作往返的直线运动才是它的根本局限。
1781年，瓦特仍然在参加圆月学社的活动，也许在聚会中会员们
提到天文学家赫舍尔在当年发现的天王星以及由此引出的行星绕日的
圆周运动启发了他，也许是钟表中的齿轮的圆周运动启发了他。他想
到了把活塞往返的直线运动变为旋转的圆周运动就能够使动力传给任
何工作机。同年，他研制出了一套被称为“太阳和行星”的齿轮联动
装置，终于把活塞的往返的直线运动转变为齿轮的旋转运动。为了使
轮轴的旋轴增加惯性，从而使圆周运动更加均匀，瓦特还在轮轴上加
装了一个火飞轮。因为对传统机构的这个重大革新，瓦特的这种蒸汽
机才真正成为了能带动一切工作及的动力机。1781年底，瓦特以发明
带有齿轮和拉杆的机械联动装置获得第二个专利。