仔仔科技說:科學小故事,瓦特是怎樣改良蒸汽機的?

2021-01-09 小菜菜很搞笑

大家好,我是你們的老朋友仔仔,今天仔仔給大家帶來的是科技小文章,希望大家能喜歡,喜歡的小夥伴別忘了點個關注哦,如果有感興趣的話題也可以在評論下方給小編留言。世界好大奇妙的事情每一天都有,就讓我們一起去發現!我們今天要來談的這個人物可以說是蒸汽機界的傳奇人物,他是誰呢,你們猜到了嗎?

一名儀器製造人員是如何成為世界知名的發明家和科學家的呢?要回答這個問題,先得從科學與瓦特終生從事的儀器製造工作之間的聯繫談起。儀器製造人員是科學革命背後的「無名英雄」,所有領域的科學家都離不開這些「工匠」提供的工具。氣象學家需要氣壓計,化學家需要實驗分析工具,外科醫生需要鉗子和醫療設備。牛頓深入研究各種關係的測量和量化並引發了科學革命,而儀器製造人員是測量數據精確度的重要保證。

從本質上說,儀器製造人員提供的尖端設備是推動科學技術迅猛發展的重要因素。格拉斯哥大學有一個蒸汽機模型需要修復,這個模型非常珍貴是早期發明家託馬斯·紐科門設計的。1764年,約翰·安德森教授請瓦特完成它的修復工作。這臺蒸汽機的結構非常簡單:蒸汽被注入汽缸之後就會推動活塞向上運動;蒸汽冷卻後,活塞就會下落。活塞上下運動時,活塞杆也會隨之上下運動,完成做功衝程。

這臺蒸汽機的常規用途是從礦井中泵水,煤礦井和其他礦井的排水需要對蒸汽機技術改進提出了要求。正是這些改善採礦技術以充分開採礦藏的努力使得工業革命在英國爆發,隨後又向世界各地蔓延。瓦特發現,紐科門蒸汽機的效率非常低,想讓活塞上下運動做功,需要燃燒大量的煤才能產生足夠多的蒸汽。瓦特親手做了一些實驗,結果發現了約瑟夫·布萊克的潛熱理論。布萊克和瓦特各自發現,剛開始給水加熱時熱量會促使水的溫度升高,我們每次燒水時也都可以觀察到這個結果。

然而,水溫升高的情況與人們的預想並不相同。一旦溫度達到212華氏度(100攝氏度)即水的沸點,水溫就會保持不變。與此同時,水會變成蒸汽。作用於水並促使水溫升高的那部分熱量被稱為「顯熱」,而將水以及其他液體轉化為蒸汽等氣態的那部分熱量叫做「潛熱」。布萊克之所以稱其為「潛熱」,是因為我們無法測量這些熱量的溫度。瓦特斷定,紐科門蒸汽機汽缸裡的蒸汽在每個衝程都會冷凝或者冷卻導致潛熱流失,從而降低了蒸汽機的效率。

瓦特設計了一個獨立冷凝器,實現了重大突破。為了保持蒸汽機汽缸的溫度,他打算把蒸汽抽到另一個獨立容器中,讓蒸汽在那裡冷凝成水。瓦特在獨立冷凝器中製造了一個真空環境,這樣一來,蒸汽就會從汽缸湧進冷凝器並在那裡冷卻,而汽缸的溫度不會降低。以上就是仔仔分享的全部信息了,之後的一段時間仔仔會陸續為大家帶來科技小文章的,敬請期待!

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