家畜(牛、马、驴等)是人类驯养的可以替代人体力的自然物。这种自然物不是人类制造的,而是人类对动物驯化形成的。虽然,家畜和其他动物具有一定的思考能力,但是,人类驯化动物的目的并不是替代人的脑力劳动,仅限于体力劳动。
风、水等自然物也能够替代人类的体力工作,但是,人们必须制造出风车、水车后,才能使用这些风和水的动力,替代人的劳动。然而,风和水产生的动力难以被控制,工作不稳定。
观察到煮开的水冲击锅盖,虽然具有动力,但难以控制,人无法使用蒸汽的动力。只有控制蒸汽的量,向外输出稳定可控的动力,才能被人类有意识地使用,否则可能会变成灾难。
瓦特发明的蒸汽机中采用了离心调速器,蒸汽机才输出了稳定可调控的动力。
瓦特蒸汽机成功的关键是其具有了离心调速器(centrifugal governor),这是一个反馈控制系统,能够依据人们的意愿自动控制(或调节)发动机的速度,保持发动机稳定的运转,如图8-1 所示。
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图8-1 瓦特蒸汽机上稳定速度的离心调速器[1]
进气管送入蒸汽的量决定离心机旋转速度,而离心机的旋转速度又决定离心的位置,该位置又通过拉杆控制进气量。这样就形成了一个闭环,自动调节稳定住进气口(大与小)量,使得蒸汽机的转速稳定下来。除非人们有意加大或缩小进气量,离心调速器接着把进气量稳定住。
可以通过图8-1的左上面的控制阀,设定送入的蒸汽量。一旦固定下来,离心调速器就能完全控制大轮处于稳定的转速。
蒸汽机成了第一个有意识地、稳定地替代人类体力的自动机器。对人类来讲,瓦特发明的蒸汽机是第一个可替代人体力的自动机器——这种机器具有最基本的智能——可调节的动力。由此,人类进入了第一次工业革命。
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