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?
2020-11-23 前瞻網
284年前的今天，1736年1月19日，著名科學家瓦特出生。
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。
瓦特是個身體纖弱的孩子，母親曾在家裡教過他一段時間。後來，在文法學校，他學習了拉丁語、希臘語和數學。
他的教育的一個重要部分的來源是他父親的車間，在那裡，他用他自己的工具(長凳和鍛爐)做了不少模型(例如，起重機和桶風琴)，並逐漸熟悉了船舶的儀器。
17歲時，瓦特決定成為一名數學儀器製造者，他首先去了格拉斯哥，他母親的一個親戚在那裡的一所大學教書，然後在1755年他去了倫敦，在那裡他找到了一位大師。
儘管他的健康狀況在一年內就惡化了，但在那段時間裡，他已經學會了足夠的東西，「可以像大多數熟練工人一樣工作」。
回到格拉斯哥後，他於1757年在大學裡開了一家商店，製造數學儀器(如象限儀、圓規、天平)。
他遇到了許多科學家，並成為英國化學家、物理學家約瑟夫·布萊克的朋友，後者提出了物態相變中的潛熱的概念。
1764年，他與表妹瑪格麗特·米勒結婚，9年後米勒去世，給他生了6個孩子。
瓦特與蒸汽機
關於瓦特發明蒸汽機的故事，許多人都認為是瓦特在廚房裡看祖母做飯時，注意到開水沸騰頂開壺蓋的自然現象，因此得到了蒸汽機的靈感。
但實際上，在瓦特之前，就已經有了一種紐科門蒸汽機。這種蒸汽機是由英國工程師紐科門(Newcomen)所發明，紐可門1705年就已經取得了「冷凝進入活塞下部的蒸汽和把活塞與連杆聯接以產生運動」的專利權，並於1712年首次製成可供實用的大氣式蒸汽機。
1764年，瓦特在格拉斯哥大學當儀器修理工的時候，有一日需要修理紐科門型號的蒸汽機。瓦特在修理過程中發現了紐科門蒸汽機存在的一些問題：由於汽缸時冷時熱，蒸汽的利用率很低，而且活塞的活動時斷時續，速度比較慢，很容易漏氣。
瓦特已經意識到潛熱的損失(改變一種物質狀態所涉及的熱量)。紐科門發動機最嚴重的缺陷是冷凝，因此冷凝必須在與氣缸不同但又相連的艙內進行。
1765年5月，在努力解決如何改進冷凝器的問題之後，他突然想到了一個解決方案——獨立冷凝器，這是他的第一個也是最偉大的發明。
不久之後，瓦特遇到了英國內科醫生、化學家、發明家約翰·羅巴克(Carron Works的創始人)，羅巴克敦促他製造一臺發動機。
1768年，在約瑟夫·布萊克的貸款幫助下，他製造了一個小型測試發動機，並與羅巴克建立了合作關係。
第二年，瓦特取得了一項著名的專利，發明了一種減少消防車蒸汽和燃料消耗的新方法。
與此同時，瓦特在1766年成為一名土地測量員;在接下來的八年裡，他一直忙於為蘇格蘭的運河規劃路線，這些工作妨礙了他在蒸汽機方面的進一步發展。
1772年羅巴克破產後，英國製造商兼工程師、伯明罕Soho Works的製造商馬修·博爾頓(Matthew Boulton)收購了瓦特的部分專利。
厭倦了測量工作，瓦特於1774年移民到伯明罕。
在瓦特的專利被國會法案延長後，他和博爾頓在1775年開始了長達25年的合作。博爾頓的財政支持使發動機的快速發展成為可能。
1776年，人們安裝了兩臺發動機——一臺用於在斯塔福德郡的煤礦裡抽水，另一臺用於向英國著名的鋼鐵大王、實業家約翰·威爾金森的熔爐裡吹氣。
那一年瓦特再婚了，他的第二任妻子安·麥格雷戈又為他生了兩個孩子。
在接下來的五年裡，直到1781年，瓦特在康沃爾度過了很長一段時間，在那裡他為銅礦和錫礦安裝並監督了大量的泵引擎，這些泵引擎的管理者想要降低燃料成本。
瓦特不是商人，為了獲得足夠的新發動機使用費，他不得不忍受激烈的討價還價。到1780年，他的財務狀況良好，儘管博爾頓在籌集資金方面仍有困難。
第二年，博爾頓預見到玉米、麥芽和棉紡廠會有一個新的市場，他敦促瓦特發明一種蒸汽機的旋轉運動，以代替原來蒸汽機的往復運動。
1781年，他用所謂的「行星齒輪傳統系統」做到了這一點。通過這種齒輪，機器每轉一圈，軸就會轉兩圈。
1782年，在他發明能力的巔峰，他為雙作用式發動機申請了專利。
四年後，在博爾頓的建議下，他應用離心式調速器來自動控制發動機的轉速。1790年，他發明了一個壓力表，實際上完成了瓦特發動機。
晚年經歷
很快，造紙廠、麵粉廠、棉紡廠、煉鐵廠、釀酒廠、運河和水廠都開始需求他的發動機。到1790年，瓦特已經是一個富有的人，在11年的時間裡，他獲得了76000英鎊的專利使用費。
然而，蒸汽機並沒有佔據他全部的注意力。他是伯明罕月球協會的一員，該協會由一群希望推動科學和藝術發展的作家和科學家組成。
瓦特還對材料的強度進行實驗，他經常參與法律程序來保護他的專利。1785年，他和博爾頓被選為倫敦皇家學會會員。
瓦特開始休假，在拉德諾郡的多爾多洛德買了一處地產。從1795年起，他逐漸退出了生意。
1802年，他和他的妻子去了蘇格蘭、法國和德國，並繼續在他的閣樓裡工作，他把閣樓布置成了工作室。
在那裡，他發明了一種雕刻機，用來為他的朋友們複製原始的半身像和雕像。他還擔任格拉斯哥自來水公司的顧問。
他的成就在他的一生中得到了充分的認可:1806年他被授予格拉斯哥大學法學博士學位，1814年被授予法國科學院外籍院士，並被授予男爵爵位，但他拒絕了。
科學貢獻
瓦特的發動機對於工業革命的發展具有重要意義，極大地提高了生產力，並迅速在許多行業中普及開來。由於瓦特對科學和工業的貢獻，國際單位制(SI)中等於每秒1焦耳的功(或1/746馬力)的瓦特以他的名字命名。
有一些科學家認為，1784年瓦特的雙作用式發動機的設計應該作為「人類世」的起點。「人類世」是一個非正式的地質時期稱呼，在這個時期，人類活動開始實質性地改變地球的表面、大氣和海洋。
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