热机的发明，蒸汽机的发明和使用

第一节　热机的发明

热机是将燃烧释放出的热能转化为机械力动能的装置。最早的热机是蒸汽机，或称外燃机，通常都把英国技师瓦特称为蒸汽机的发明人，实际上远在瓦特之前100年就有许多人从事过蒸汽机的设计，没有成功的原因是转换效率极低，根本没有使用价值。

瓦特的独到之处在于他改变了材质和加工方法，他认为过去用木头做汽缸不行，而换成铁的，利用加工大炮的镗床来加工蒸汽机汽缸，这两项主要改革就使瓦特蒸汽机的热效率提高到3%，从而显示出了它的工业价值。此后又经历了若干次技术改进，使瓦特蒸汽机的热效率达到18%左右。

传说，当最早制成的蒸汽机车时，有个马车夫要与火车赛跑，显然是由于火车速度太低所致。那么，为什么仅有3%热效率的瓦特蒸汽机，竟开创了人类历史上的第一次产业革命呢？这是由于当时社会上大规模生产需要有大规模的动力技术来供应能源。我们可以做这样一个设想，如果需要运输一台几百吨重的机器或设备，不用火车，就得用马车来拉，那就得套上几百匹马，这个特大号马车，在现实中是无法驱赶的，很难统一号令，取得一致步调，现实中仅有三套车，最多是七匹马拉一辆车，再多就没有了。而火车却可以完成这个大规模的运输使命，它可以代替几百匹马，甚至几千匹马。这个道理用在一个矿山或工厂的动力技术上也完全一样，大规模生产必须有大规模的动力供应。从经济学角度看一个矿山（瓦特蒸汽机最早应用于矿井提升动力）、一个工厂只有达到一定的规模，生产成本才可能降下来，因此，可以说是规模经济支持了瓦特蒸汽机的诞生和成功。(www.xing528.com)

蒸汽机的热效率提高到18%以后，再提高就十分困难了。人们研究其原因后发现，蒸汽机是外部燃烧，需要水蒸汽作为中介（介质）来传递动力，这个中间环节的存在阻碍了热机效率的继续提高。如果要想再提高热机的效率就只有想办法将外部燃烧改造成内部燃烧，即废除中间的传动介质，使燃烧物直接驱动传动装置，于是开始设计和发明一种新的热机，即内部燃烧的热机，内燃机就应运而生了。

汽车内燃机利用汽油在汽缸中直接燃烧产生出的热膨胀力，以爆炸式的方式推动活塞和链杆，内燃机省去了中间环节，使其热效率提高到40%以上。之后又相继出现了柴油机，改进后其热效率可达45%左右。

以蒸汽机为首的热机开创了人类社会的第一次动力技术革命。从知识结构来看，瓦特属于杂家型知识结构，他是在前人反复失败的基础上发挥了发散思维的方法找到了新的材质和加工方法。如果同后来的电子计算机发明比较一下，就会看出电脑的发明是由四位专家（工程师、数学家、逻辑学家和物理学家）共同设计成功的。