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科技日历瓦特发明了蒸汽机原来不是观察厨房烧开水得到的灵感?
时间:2024-02-09 20:37 作者:admin 点击:

  许多人知道瓦特都是由于其发明蒸汽机的故事登上了广大中学课本。詹姆斯瓦特(1736年1月19日-1819年8月25日),苏格兰乐器制造商和发明家,他的蒸汽机对工业革命做出了重大贡献。

  瓦特出生于苏格兰伦弗鲁郡的格林诺克,他的父亲是格林洛克的财务主管和地方官员,他经营着一家成功的轮船和房屋建筑公司。

  瓦特是个身体纤弱的孩子,母亲曾在家里教过他一段时间。后来,在文法学校,他学习了拉丁语、希腊语和数学。

  他的教育的一个重要部分的来源是他父亲的车间,在那里,他用他自己的工具(长凳和锻炉)做了不少模型(例如,起重机和桶风琴),并逐渐熟悉了船舶的仪器。

  17岁时,瓦特决定成为一名数学仪器制造者,他首先去了格拉斯哥,他母亲的一个亲戚在那里的一所大学教书,然后在1755年他去了伦敦,在那里他找到了一位大师。

  尽管他的健康状况在一年内就恶化了,但在那段时间里,他已经学会了足够的东西,“可以像大多数熟练工人一样工作”。

  回到格拉斯哥后,他于1757年在大学里开了一家商店,制造数学仪器(如象限仪、圆规、天平)。

  他遇到了许多科学家,并成为英国化学家、物理学家约瑟夫布莱克的朋友,后者提出了物态相变中的潜热的概念。

  1764年,他与表妹玛格丽特米勒结婚,9年后米勒去世,给他生了6个孩子。

  关于瓦特发明蒸汽机的故事,许多人都认为是瓦特在厨房里看祖母做饭时,注意到开水沸腾顶开壶盖的自然现象,因此得到了蒸汽机的灵感。

  但实际上,在瓦特之前,就已经有了一种纽科门蒸汽机。这种蒸汽机是由英国工程师纽科门(Newcomen)所发明,纽可门1705年就已经取得了“冷凝进入活塞下部的蒸汽和把活塞与连杆联接以产生运动”的专利权,并于1712年首次制成可供实用的大气式蒸汽机。

  1764年,瓦特在格拉斯哥大学当仪器修理工的时候,有一日需要修理纽科门型号的蒸汽机。瓦特在修理过程中发现了纽科门蒸汽机存在的一些问题:由于汽缸时冷时热,蒸汽的利用率很低,而且活塞的活动时断时续,速度比较慢,很容易漏气。

  瓦特已经意识到潜热的损失(改变一种物质状态所涉及的热量)。纽科门发动机最严重的缺陷是冷凝,因此冷凝必须在与气缸不同但又相连的舱内进行。

  1765年5月,在努力解决如何改进冷凝器的问题之后,他突然想到了一个解决方案独立冷凝器,这是他的第一个也是最伟大的发明。

  不久之后,瓦特遇到了英国内科医生、化学家、发明家约翰罗巴克(Carron Works的创始人),罗巴克敦促他制造一台发动机。

  1768年,在约瑟夫布莱克的贷款帮助下,他制造了一个小型测试发动机,并与罗巴克建立了合作关系。

  第二年,瓦特取得了一项著名的专利,发明了一种减少消防车蒸汽和燃料消耗的新方法。

  与此同时,瓦特在1766年成为一名土地测量员;在接下来的八年里,他一直忙于为苏格兰的运河规划路线,这些工作妨碍了他在蒸汽机方面的进一步发展。

  1772年罗巴克破产后,英国制造商兼工程师、伯明翰Soho Works的制造商马修博尔顿(Matthew Boulton)收购了瓦特的部分专利。

  在瓦特的专利被国会法案延长后,他和博尔顿在1775年开始了长达25年的合作。博尔顿的财政支持使发动机的快速发展成为可能。

  1776年,人们安装了两台发动机一台用于在斯塔福德郡的煤矿里抽水,另一台用于向英国著名的钢铁大王、实业家约翰威尔金森的熔炉里吹气。

  那一年瓦特再婚了,他的第二任妻子安麦格雷戈又为他生了两个孩子。

  在接下来的五年里,直到1781年,瓦特在康沃尔度过了很长一段时间,在那里他为铜矿和锡矿安装并监督了大量的泵引擎,这些泵引擎的管理者想要降低燃料成本。

  瓦特不是商人,为了获得足够的新发动机使用费,他不得不忍受激烈的讨价还价。到1780年,他的财务状况良好,尽管博尔顿在筹集资金方面仍有困难。

  第二年,博尔顿预见到玉米、麦芽和棉纺厂会有一个新的市场,他敦促瓦特发明一种蒸汽机的旋转运动,以代替原来蒸汽机的往复运动。

  1781年,他用所谓的“行星齿轮传统系统”做到了这一点。通过这种齿轮,机器每转一圈,轴就会转两圈。

  四年后,在博尔顿的建议下,他应用离心式调速器来自动控制发动机的转速。1790年,他发明了一个压力表,实际上完成了瓦特发动机。

  很快,造纸厂、面粉厂、棉纺厂、炼铁厂、酿酒厂、运河和水厂都开始需求他的发动机。到1790年,瓦特已经是一个富有的人,在11年的时间里,他获得了76000英镑的专利使用费。

  然而,蒸汽机并没有占据他全部的注意力。他是伯明翰月球协会的一员,该协会由一群希望推动科学和艺术发展的作家和科学家组成。

  瓦特还对材料的强度进行实验,他经常参与法律程序来保护他的专利。1785年,他和博尔顿被选为伦敦皇家学会会员。

  瓦特开始休假,在拉德诺郡的多尔多洛德买了一处地产。从1795年起,他逐渐退出了生意。

  1802年,他和他的妻子去了苏格兰、法国和德国,并继续在他的阁楼里工作,他把阁楼布置成了工作室。

  在那里,他发明了一种雕刻机,用来为他的朋友们复制原始的半身像和雕像。他还担任格拉斯哥自来水公司的顾问。

  他的成就在他的一生中得到了充分的认可:1806年他被授予格拉斯哥大学法学博士学位,1814年被授予法国科学院外籍院士,并被授予男爵爵位,但他拒绝了。

  瓦特的发动机对于工业革命的发展具有重要意义,极大地提高了生产力,并迅速在许多行业中普及开来。由于瓦特对科学和工业的贡献,国际单位制(SI)中等于每秒1焦耳的功(或1/746马力)的瓦特以他的名字命名。

  有一些科学家认为,1784年瓦特的双作用式发动机的设计应该作为“人类世”的起点。“人类世”是一个非正式的地质时期称呼,在这个时期,人类活动开始实质性地改变地球的表面、大气和海洋。

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