詹姆斯·瓦特與蒸汽機

2021-02-20 初中物理微課

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《瓦特與茶壺的故事》

著名的《瓦特與茶壺的故事》中說:瓦特小時候有一次看到火爐上燒的水開了,蒸汽把水壺蓋頂開,瓦特把壺蓋放回去但很快又被頂開了。瓦特就這樣不斷地把壺蓋放來放去想找出為什麼,後來瓦特意識到是蒸汽的力量,由此引發了他對蒸汽的興趣並導致了蒸汽機的發明。這個故事是真的嗎?

瓦特其人

1736年1月19日,詹姆斯·瓦特出生於蘇格蘭格拉斯哥附近,克萊德河灣上的港口小鎮格林諾克。瓦特的父親是熟練的造船工人並擁有自己的船隻與造船作坊,還是小鎮的官員。瓦特的母親出身於一個貴族家庭並受過良好的教育。

瓦特17歲的時候,母親去世了,而父親的生意開始走下坡路。1755年瓦特離開蘇格蘭,到倫敦尋求儀器製造匠的培訓。1757年,格拉斯哥大學的教授提供給瓦特一個機會,讓他在大學裡開設了一間小修理店。

蒸汽機的研發之路

1757年格拉斯哥大學任命瓦特為其正式「數學儀器製造師」,並在校園裡安排了一個車間。瓦特在朋友羅賓遜教授的引導下,開始了對蒸汽機的實驗。他堅持實驗並且閱讀了所有他能找到的有關蒸汽機的材料。

1763-1765年瓦特在修理紐科門泵時,發現了冷凝器效率很低的問題,1765年,瓦特取得了關鍵性的進展,他想到將冷凝器與氣缸分離開來,使得氣缸溫度可以持續維持在注入的蒸汽的溫度,並在此基礎上很快建造了一個可以連續運轉的模型。這之後,瓦特與博爾頓開始了合作。與博爾頓的合作,使得瓦特得到了更好的設備資金以及技術上的支持,特別是在加工製造工藝方面。新型蒸汽機製造的一個主要困難在於活塞與大型氣缸的密合,這個問題最終被他們公司的工程師約翰·威爾金森解決(威爾金森在改進加農炮的製造時提出了一種新的精密鏜孔加工技術,可以用於蒸汽機的製造)。

1774年瓦特將自己設計的蒸汽機投入生產。

1776年博爾登-瓦特蒸汽機在波羅姆菲爾德煤礦首次向公眾展示其工作狀態。

1776年,終於第一批新型蒸汽機製造成功並應用於實際生產。

在之後的5年中,在博爾頓的要求下,瓦特開始繼續研究如何將蒸汽機的直線往復運動轉化為圓周運動,以便使得蒸汽機能為絕大多數機器提供動力。一個顯而易見的解決辦法是通過曲柄傳動,但是該項專利所有人,約翰·斯蒂德要求同時分享瓦特此前的分離冷凝器的專利,這一要求被瓦特堅決地拒絕了。

1781年,瓦特公司的僱員威廉·默多克發明了一種稱為「太陽與行星」的曲柄齒輪傳動系統,並以瓦特的名義成功申請了專利。這一發明繞開了曲柄專利的限制,極大地擴展了蒸汽機的應用。之後的6年裡,瓦特又對蒸汽機作了一系列改進並取得了一系列專利:發明了雙向氣缸,使得蒸汽能夠從兩端進出從而可以推動活塞雙向運動,而不是以前那樣只能單向推動;使用節氣閥門與離心節速器來控制氣壓與蒸汽機的運轉;發明了一種氣壓示工器來指示蒸汽狀況;發明了三連杆組保證氣缸推桿與氣泵的直線運動。由於擔心爆炸的危險以及洩露問題,瓦特的早期蒸汽機都是使用低壓蒸汽,後來才引進了高壓蒸汽。所有這些革新結合到一起,使得瓦特的新型蒸汽機(聯協式蒸汽機)的效率是過去的紐科門蒸汽機的5倍。

1782年瓦特的雙向式蒸汽機取得專利,同年他發明了一種標準單位:馬力。

1782年,韋奇伍德在伊特魯裡亞陶瓷廠大規模採用博爾頓——瓦特鑄造廠生產的聯協式蒸汽機和伯明罕廠生產的動力工具機,進行機械化陶瓷生產。

1784年,瓦特對聯協式蒸汽機進行了改進,增加了一種自動調節蒸汽機速率的裝置,使它能適用於各種機械的運動。從此之後,紡織業、採礦業、冶金業、造紙業等工業部門,都先後採用蒸汽機作為動力。

1785年以後,瓦特改進的蒸汽機首先在紡織部門投入使用,受到廣泛歡迎。

1794年,瓦特與博爾頓合夥組建了專門製造蒸汽機的公司。在博爾頓的成功經營下,到1824年就生產了1165臺蒸汽機。瓦特與博爾頓取得了很大成功,也賺到了不少錢。

正如其它很多重大發明一樣,關於瓦特是否是一些蒸汽機相關的專利的發明者上一直有很多爭議。從1780年左右,瓦特開始採取措施,對一些聽說到的別人的主意預先提請專利,以保證蒸汽機的整體發明屬於自己並防止其他人介入。有人認為瓦特不允許其僱員威廉·默多克參與其高壓蒸汽機的研製,從而推延了該項發明的產生。據說瓦特還曾阻撓其它一些非自己專利的蒸汽機的發明與推廣,並認為用蒸汽機來推動車輛是不可能的事情。但對於其中最重要的分離式冷凝器,毫無爭議是由瓦特最早提出並獨自發明的。

這樣說來,蒸汽機是瓦特發明的嗎,你怎麼看?

相關焦點

  • 蒸汽機到底是誰發明的,瓦特對蒸汽機的貢獻
    在蒸汽機技術還處於萌芽階段,愛德華·薩默塞特,託馬斯·薩維利,以及法國的約翰·德薩格利爾是研究蒸汽技術的先驅。他們的研究啟發了紐科門和詹姆斯·瓦特等發明了實用的蒸汽機。託馬斯·紐科門(1663年2月28日- 1729年8月5日)是英國達特茅斯的一位鐵匠,他組裝了第一臺現代蒸汽機的原型。1712年他發明的大氣式蒸汽機被稱作紐科門蒸汽機。紐科門蒸汽機有一個汽缸和活塞。當蒸汽進入氣缸時,活塞向上運動,活塞到達氣缸頂部時。
  • 蒸汽機不是瓦特最先發明的,但是他卻成功引發了工業革命
    紐可門式蒸汽機瓦特從小就對蒸汽機有著濃厚興趣詹姆斯·瓦特是對紐可門蒸汽機進行根本性改革的一個關鍵人物。1736年1月19日,詹姆斯·瓦特生於蘇格蘭的格林諾克。他曾在該地的文法學校學習,成績優異,後因身體不好而中途輟學。回家後,他在父親的工廠學習技術,獲得了豐富的木工、金屬冶煉和加工、機械製造儀器修理等方面的技術。1775年,他到倫敦學習儀器製造,後到格拉斯哥大學當儀器修理工,負責教學用具的修理、保管。
  • 瓦特:世界公認的蒸汽機發明家 歷史上的優才人物 No.41
    詹姆斯·瓦特是英國著名的發明家,是工業革命時的重要人物。英國皇家學會會員和法蘭西科學院外籍院士。他對當時已出現的蒸汽機原始雛形作了一系列的重大改進,發明了單缸單動式和單缸雙動式蒸汽機,提高了蒸汽機的熱效率和運行可靠性,對當時社會生產力的發展作出了傑出貢獻。他改良了蒸汽機、發明了氣壓表、汽動錘。後人為了紀念他,將功率的單位稱為瓦特,常用符號「W」表示。
  • 瓦特與蒸汽機
    她當然不可能想到,這個叫詹姆斯·瓦特的孩子今後做的最有意義的事情,就是從看這水壺的蒸汽開始的。瓦特從小熱愛學習,善於觀察。他的學習成績非常優秀,數學成績總是全班第一。回家後還主動找書看,研究天文、化學、物理等學問,並逐漸掌握好幾種語言。此外,他動手能力也很強,經常到他父親的工場裡去看大人們幹活,或者當個小幫手,學點修理儀器、製作模型等技術。
  • 瓦特蒸汽機!
    因為發明是「從無到有」的突變,但歷史上蒸汽機並不是瓦特首先發明的,而瓦特只是其改良者,是在別人的基礎上一步一步改良出來的,而不是彎道超車超出來的。1736年1月19日,詹姆斯·瓦特出生於蘇格蘭格拉斯哥附近。小時候因為身體較弱去學校的時間不多,主要的教育都是由母親在家裡進行。瓦特從小就表現出了精巧的動手能力以及數學上的天分。
  • 成功男人背後的男人:沒有他,蒸汽機之父瓦特會怎樣
    眾所周知,蒸汽機的發明者是瓦特。人們熟稔瓦特從水壺中的沸水得到啟發,發現水蒸氣的動力作用,從而發明蒸汽機的故事。然而很少有人知曉資助瓦特發明實驗的兩位企業家——約翰·羅巴克和馬修·博爾頓。特別是博爾頓,他對瓦特的資助為瓦特改良蒸汽機提供了經濟保障,並且將蒸汽機推向市場,使其獲得廣泛應用。50英鎊作為最大的英鎊紙幣面額,瓦特與博爾頓獲此殊榮,也是英國重視科學家與企業家的一個註腳。
  • 瓦特、蒸汽機與英國皇家海軍的故事
    以前英國有個發明家叫瓦特,他看到這個,就發明了蒸汽機。現在我們坐的火車的火車頭,開起來冒白氣的那種,就是蒸汽機車……同樣,「瓦特與蒸汽機」的故事也是如此。後來讀科學史,才知道瓦特並沒有「發明」蒸汽機,只是「改良」了蒸汽機。但是到底如何「改良」,似乎我讀到的資料都語焉不詳。所幸,依照我尚存的一點好奇心,最近終於搞明白了瓦特和蒸汽機的故事。今天,我把自己所知分享在這裡,如果你也有興趣,歡迎繼續。瓦特的確沒有「發明」蒸汽機,而只是「改良」了蒸汽機。
  • 我來教你,技十六:製造蒸汽機
    蒸汽機的發明和改進是工業革命產生的原因之一,它以遠超人類本身的力量強推著歷史的發展。在絕大多數穿越古代的小說中,發明蒸汽機都是終極任務,是主角徵服世界,邁向海洋的終極手段!那要穿越的親們,來了解下蒸汽機吧!※蒸汽機的歷史現在應該大多數人都明白,蒸汽機不是瓦特發明的了吧!
  • 瓦特真的是小時候看見蒸汽頂開水壺蓋就發明了蒸汽機嗎?
    紐科門蒸汽機耗煤量巨大,因此離開礦區就沒有用處。礦主和工人始終不明白,紐科門蒸汽機耗煤量為什麼這麼高,這種狀況一直持續了50年。瓦特詹姆斯·瓦特(James Watt,1736年—1819年),出生於蘇格蘭小鎮格林諾克。瓦特的父親是熟練的造船工人並擁有自己的船隻與造船作坊,還是小鎮的官員。瓦特的母親出身貴族家庭並受過良好的教育。
  • 科技日曆|瓦特發明了蒸汽機,原來不是觀察廚房燒開水得到的靈感?
    許多人知道瓦特都是由於其發明蒸汽機的故事登上了廣大中學課本。詹姆斯·瓦特(1736年1月19日-1819年8月25日),蘇格蘭樂器製造商和發明家,他的蒸汽機對工業革命做出了重大貢獻。早年經歷瓦特出生於蘇格蘭倫弗魯郡的格林諾克,他的父親是格林洛克的財務主管和地方官員,他經營著一家成功的輪船和房屋建築公司。
  • 蒸汽機
    瓦特從開始改良蒸汽機到最後研製成復動式蒸汽機,前後花了30多年,僅在解決活塞與汽缸之間的漏氣問題上,瓦特就反覆試驗了很長時間。這也說明了一個問題:蒸汽機的發明對世界來說是多麼重要,人們好像一直在等待瓦特的成功。不僅僅是瓦特的合作夥伴馬修·博爾頓,全世界都在等待蒸汽機帶來的奇蹟。
  • 詹姆斯瓦特與蒸汽機
    一些來大學實驗室參觀的科學家看到這個修理工心靈手巧,與他交談之下,發現他的知識很豐富,於是這些科學家就成為瓦特的新朋友了當時鐵匠有可能發明了蒸汽機,已經出現了。但這種蒸汽機相當粗糙,應用範圍又很窄。1764年瓦特幫助學校修復了一臺牛可門市式蒸汽機。在修理時愛動腦筋的瓦特發現這臺機器效率不高於是他萌發了改造蒸汽機的願望。
  • 蒸汽機並不是「蒸汽機」:科技創新是怎樣發生的?——複雜經濟學...
    文/柯濤蒸汽機其實並不是「蒸汽機」。汽車其實也並不是「汽車」。當然了,網際網路其實並不是「網際網路」。請相信我,作者絕對是在嚴肅地說事——實際上,科技創新是怎樣發生的,特別是當代高效的科創活動是怎樣發生的,對於很多人來講,都是一個陌生的常識。
  • 蒸汽機的出現和改進
    紐科門及其助手J.卡利在1705年發明了大氣式蒸汽機,用以驅動獨立的提水泵,被稱為紐科門大氣式蒸汽機。紐科門大氣式蒸汽機的熱效率很低,這主要是由於蒸汽進入汽缸時,在剛被水冷卻過的汽缸壁上冷凝而損失掉大量熱量,只在煤價低廉的產煤區才得到推廣。
  • 什麼是冷凝式模塊蒸汽機
    模塊鍋爐是由多個獨立工作的模塊組成按需提供熱量,而冷凝式模塊蒸汽機是採用冷凝式技術的模塊蒸汽機。而冷凝式模塊蒸汽機就是利用高效的煙氣冷凝餘熱回收裝置來吸收模塊鍋爐尾部排煙中的溼熱和水蒸氣凝結所釋放的潛能,以達到提高模塊蒸汽機熱效率的目的。由於效率的提高,在滿足同樣的供熱負荷時,所需的天然氣減少,進而煙氣中的CO2的排放量大大降低。冷凝技術的核心就是減少了燃料燃燒的熱損失,高效的吸收了燃料產生的熱能,同時由於煙氣冷凝煙氣中的有害物質收集到冷凝水中,減少了酸性物質及其它汙染物向空氣中排放。
  • 物理學推動的偉大發明——蒸汽機
    其實現在使用的發動機,就是由蒸汽機改進發展而來的,從蒸汽機到外燃機然後發展成今天的內燃機。英國發明家瓦特世界上第一臺蒸汽機出現於1世紀,其實它只是古希臘數學家希羅發明的汽轉球玩具而已,直到法國物理學家丹尼斯·巴本,於1679在觀察蒸汽逃離他的高壓鍋後製造了第一臺蒸汽機的工作模型。
  • 蒸汽機不是瓦特發明的,又是誰發明的呢?
    第一次工業革命進入高潮得益於瓦特改良了蒸汽機,使蒸汽機投入工廠使用,因為它能產生巨大的動力,而且不受自然條件的限制。使工業革命進入了一個全新的階段。那麼問題來了,蒸汽機不是瓦特發明的,那是誰最早發明了蒸汽機呢?
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