大家好，我是本文的作者薔薇，歡迎閱讀我的科學文章，喜歡的可以關注我哦！生活在今天的你早已對自動運轉的機器見怪不怪了，但是你知道嗎？在過去很長一段時間裡，人們都是靠著自己的雙手勞作，直到瓦特改進了蒸汽機，實現了機器自動化，推動了工業革命，你才能過上悠閒的生活。那麼蒸汽機是什麼呢？瓦特又是如何改進了蒸汽機呢？關於瓦特和蒸汽機，你可能知道的是他和水壺的故事，故事說瓦特小時候喜歡觀察和思考，有一天他看到水壺冒著熱氣，熱氣會時不時會把壺蓋頂起來，它就想一壺開水的氣就能把壺蓋頂起來，那很多很多壺開水的氣，豈不是能夠頂起很重很重的東西嗎？
長大後瓦特不斷地研究這個問題，最終發明了蒸汽機，但是事實並不是這樣的，瓦特並不是第一個發明蒸汽機的人，而是改進蒸汽機和推廣蒸汽機的人。那麼事情到底是怎麼樣的呢？這還要從蒸汽有什麼用說起，蒸汽有兩個作用，第一個作用是像一個大力士一樣，能推動東西，比如水壺蓋被蒸氣不斷地頂起來，可是這種作用並不常用，因為蒸汽很容易灼傷人，直接使用它不夠安全。第二個作用是蒸汽形態的改變，由氣態變為液體，也就是蒸汽冷卻，冷卻也能帶來動力。想像一下，在一個充滿蒸汽的汽缸裡，蒸汽冷卻變成水之後，它的體積會極大地縮小，那麼在汽缸裡就會形成真空。
當真空遇到外面的大氣壓時，會形成氣壓差，大氣就會從高向低不斷施壓，產生一股巨大的力量。比如說吸盤吸在光滑的牆壁上，就是因為吸盤與牆面間形成了真空，大氣壓把吸盤壓到了牆上。而這股力量恰恰就是蒸汽機所製造的力量，因此蒸汽機並不是利用蒸汽去推動機器，而是利用冷卻蒸汽產生氣壓差獲取動力，這也是為何你看到的蒸汽機，都由三個基本部分組成，冷卻蒸汽的冷凝器、燒熱水的鍋爐，以及裝蒸汽的氣缸，這下你明白了嗎？在瓦特的時代，蒸汽機的原理不是秘密，很多人都嘗試發明蒸汽機，甚至已經成功。比如有一個叫做紐可門的英國人，他比瓦特早半個世紀就發明出了一臺蒸汽機，並用於煤礦排水。
但是紐可門機不太好用，特別的費燃料，產生一點蒸汽需要大量的煤，這樣非常不划算，大多數人都承擔不起。瓦特看到了紐可門機的缺點，他想改進蒸汽機，瓦特在改進蒸汽機之前，在一所大學裡專門修理儀器，他的性格特別好，有很多的好朋友，其中有一位朋友非常欣賞瓦特的想法，就給他介紹了一位贊助商，他就是博爾頓。博爾頓幫助瓦特提供了它所需要的設備，以及充足的資金，瓦特本人也十分堅定自己能成功，就開始了發明。發明的第一階段就是尋找紐可門機問題的根源。瓦特想了想，如果能夠找到紐可門機費煤的原因，那也許就能夠改進它了。
經過了不斷的研究，瓦特發現紐可門機的冷凝器好像有些問題，紐可門把冷凝器和氣缸連上了一起，冷卻的時候直接噴射冷水。這樣做冷卻的效果的確好，但是一下子就把整個氣缸裡的溫度全都給降了下來，如果要想再讓氣熱起來，還得從新燒水，所以才會費燃料。第二階段，發明單獨的冷凝器。瓦特就想，能不能不重新燒水呢？如果水溫一直是高的，還能冷卻，那該多好。但這可真不是容易的事，瓦特日思夜想，最終設計出了單獨的冷凝器。它在冷凝器和氣缸之間加入了一個調節閥門，使它們既能連通，也能分開。
當氣缸的溫度達標的時候，就打開閥門，讓蒸氣進入冷凝器，汽缸內氣體的體積開始縮小，產生真空。然後把閥門關上，氣缸又會很快熱起來，這就大大節省了燃料，這樣產生的熱效能是紐可門機的3~4倍。第三階段就是改變蒸汽機的運動方式，冷凝器解決之後，瓦特並沒有滿足，它還有一個夢想，就是讓蒸汽機應用得更加廣泛。之前的蒸汽機大多用於煤礦排水，這不僅是因為煤價太貴了，還因為蒸汽機帶動的機器只能做直線運動，要麼上下直線運動，要麼前後直線運動。可是大部分產業都需要做圓周運動的動力帶動裝置，比如說火車。
所以瓦特就在另外一個人的幫助之下，又發明了一種稱為太陽與行星的齒輪傳動系統，也就是讓蒸汽機能夠帶動機器，做圓周運動。就這樣，瓦特發明出了更加節能，應用更廣泛的蒸汽機，但是事情到這裡並沒有結束，因為產品需要經過市場的檢驗。這時候瓦特出資人博爾頓就發揮了重要的作用，博爾頓不僅有錢，而且更精通於媒體宣傳和高明的營銷手段。有了博爾頓的幫助，在19世紀的三四十年代，瓦特蒸汽機在歐洲北美被廣泛採用，為紡織業、採礦業、冶金業、造紙業、陶瓷業等等行業，提供了源源不斷的動力。好了，今天的文章就到這裡了，喜歡的可以點讚關注薔薇，我們下篇文章再見。