学会动手动脑读本：瓦特和蒸汽机的结缘

1736年1月19日，瓦特出生在英国克莱德河湾上的港口小镇格里诺克。父亲是一位造船技术工人，后来从商。母亲出身贵族家庭，受过良好的教育。

在瓦特的家里，一直悬挂着物理学家牛顿（1643—1727）和数学家纳皮尔（1550—1617）的画像，这给瓦特很大的影响。他暗暗下定决心，一定要成为像牛顿、纳皮尔一样有所作为的人。

其实在瓦特改造蒸汽机之前，蒸汽机早就已经被发明，然而这并没有给工业带来革命性的发展，原因在于蒸汽机发明后缺乏具有“工匠精神”的人继续在这一领域去实现突破和改进，直到瓦特开始改造蒸汽机。正是怀揣着严谨的“工匠精神”，瓦特才能坚持不懈地克服一个又一个困难，最终成功将蒸汽机改造得更具有实用性，带来了人类历史上的第一次工业革命。

由于父亲的影响，他从小熟悉一些机械知识与工具的使用。瓦特幼年时体弱多病，不能上学，由他母亲教他读书写字，有时还指导他学习数学知识。而瓦特也非常用心去学，总是一学就会。18岁后他到伦敦一家钟表店当学徒，在业余时间还努力学习。

1756年瓦特返回家乡苏格兰，打算自己开业制造机器。但是由于他当学徒的年限不够，按照当地政府的规定，不能独立开业。于是他只好在格拉斯哥大学谋了一个修理与制作教学仪器的工作。

1763年，格拉斯哥大学的一位教授委托瓦特修理纽可曼蒸汽机的模型，瓦特当时对蒸汽机所知不多，他便边学边修，并且对蒸汽机产生了浓厚的兴趣。蒸汽机的模型很快就修好了，他从此与蒸汽机结下了不解之缘。他进一步研究发现，纽可曼的蒸汽机效率很低，耗费蒸汽太多。为了解决这个问题，瓦特对不同气压之下的水的沸腾现象进行了大量研究。他发现水在大气压之下变为蒸汽时，体积扩大了1800倍。而纽可曼的蒸汽机效率之所以低是由于在用水去冷却汽缸时，汽缸的温度变冷了，这样汽缸又要消耗过多的蒸汽去再加热。

1765年5月瓦特提出了使蒸汽从汽缸排入另一容器的想法，这个容器后来被称为冷凝器。经过反复试验与改进，他的装有冷凝器的蒸汽机在1769年制成了，并在同年的4月25日提出了专利。新的蒸汽机效率提高了很多。(www.xing528.com)

瓦特的另一项重要发明是在蒸汽机上安装了离心调速器，这大约是1782年的事情。这种调速器的构造是利用蒸汽机带动一根竖直的轴转动，这根轴的顶端有两根铰接的等长细杆，细杆另一端各有一个金属球。当蒸汽机转动过快时，竖轴也转动加快，两个金属小球在离心力作用下，由于转动快而升高，这时通过与小球连接的连杆将蒸汽阀门关小，从而使蒸汽机的转速也降低。反之，若蒸汽机的转速过慢，则竖轴转动慢了，小球的位置也便下降，这时连杆便将阀门开大，从而使蒸汽机转速加快。离心调速器是一个基于力学原理的发明，它是蒸汽机普及应用的关键，也是人类自动调节与自动控制的开始。由于人们能够自由地控制蒸汽机的速度，才使蒸汽机应用于纺织、火车、轮船、机械加工等行业，才使人类大量使用自然原动力成为可能，这才有产业革命的第二阶段。

伦敦科学博物馆内的瓦特工作室

1784年4月，英国政府授予瓦特制造蒸汽机的专利证书。1785年瓦特被接受为英国皇家学会院士。马克思曾经评论说，瓦特的伟大天才表现在他所取得的专利的说明书中，他没有把自己的蒸汽机说成是一种用于特殊目的的发明，而是把它说成是大工业普遍应用的发动机。

瓦特改进的蒸汽机很快普及，到1790年，老式的纽可曼蒸汽机已经看不见了，到1790年大约有500台蒸汽机在英国工作。经过了大约不到100年，到了1868年，仅仅在英国就有7.5万台蒸汽机。1805年，在美国，蒸汽机被装上了汽车作为动力。1807年，出现了以蒸汽机为动力的轮船。1825年制造出了可以在轨道上行驶的蒸汽机车。

在罗尔特所著的《詹姆斯·瓦特》中说，瓦特蒸汽机巨大的、不知疲倦的动力使生产方式以过去所不能想象的规模走上了机械化道路。

在瓦特的讣告中，对他发明的蒸汽机有这样的赞颂：“它武装了人类，使虚弱无力的双手变得力大无穷，健全了人类的大脑以处理一切难题。它为机械动力在未来创造奇迹打下了坚实的基础……”为纪念瓦特的贡献，国际单位制中的功率单位以瓦特命名。