【每日科技網】
蒸汽機是現代火車最初的雛形，蒸汽機是20世紀最偉大的發明，甚至還創造了蒸汽時代，工業革命產生的一部分原因是因為瓦特對蒸汽機的改良，而瓦特並沒有發明蒸汽機，他只是對蒸汽機進行了改良。那麼蒸汽機是誰發明的呢?蒸汽機的原理又是什麼?
什麼是蒸汽機
蒸汽機是將蒸汽的能量轉換為機械功的往復式動力機械。蒸汽機的出現曾引起了18世紀的工業革命。直到20世紀初，它仍然是世界上最重要的原動機，後來才逐漸讓位於內燃機和汽輪機等。蒸汽機需要一個使水沸騰產生高壓蒸汽的鍋爐，這個鍋爐可以使用木頭、煤、石油或天然氣甚至垃圾作為熱源。蒸汽膨脹推動活塞做功。
蒸汽機是一個能夠將動能轉換為功的熱機。泵、火車頭和現代輪船曾使用蒸汽機驅動。蒸汽機在工業革命中起了基本的作用。今天人們還使用蒸汽渦輪發動機來發電。
蒸汽機是誰發明的
眾所周知，蒸汽機是瓦特發明的，但其實瓦特並不是第一個發明出蒸汽機的人。早在1世紀時，古希臘數學家亞歷山大港的希羅就發明汽轉球，這是最初蒸汽機的雛形。
1679年法國物理學家丹尼斯·巴本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。約與此同時薩繆爾·莫蘭也提出了蒸汽機的主意。
1688年，法國物理學家德尼斯·帕潘，曾用一個圓筒和活塞製造出第一臺簡單的蒸汽機。但是，帕潘的發明沒有實際運用到工業生產上。
1705年，紐克曼經過長期研究，綜合帕潘和塞維利發明的優點，創造了空氣蒸汽機。
改良過程
1757年，瓦特到格拉斯格大學當實驗員，專門製作和修理教學儀器。大學為瓦特提供了良好的學習與實踐的機會。他孜孜不倦地學習，還掌握了德文和義大利文，一有機會就向大學裡的教授請教，有時還和他們爭論科學技術問題。
1763年，外邊送到大學裡的一臺蒸汽機要瓦特負責修理。瓦特和另外幾個人詳細地研究起來。經過認真研究，瓦特發現紐克曼蒸汽機有許多缺陷，主要是燃料耗費太大，笨拙，應用的範圍有限，只能用於礦井抽水和灌溉，瓦特決心造一臺比它更好的蒸汽機。
1784年，瓦特對它進行了改進，為它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、陶瓷業等工業部門，都先後採用蒸汽機作為動力了。1807年，美國人富爾把瓦特的蒸汽機裝在輪船上，從此，航運中的帆船時代結束了。
1814年，英國人史蒂芬把瓦特的蒸汽機裝在火車上，陸路運輸的新時代開始了。19世紀三、四十年代，蒸汽機在歐洲和北美被廣泛採用，這就是所謂的「蒸汽時代。」瓦特逝世於1819年，後人為了紀念他的偉大發明，把發電機和電動機的功率計算單位稱為「瓦特」。
如此說來，瓦特只是蒸汽機的改良者，並不是蒸汽機的發明者，不過話說回來，如果沒有瓦特對第一臺蒸汽機的精心改良，就不會出現蒸汽時代，不會大大加快了工業的效率。
蒸汽機原理
蒸汽機為所有早期火車頭、汽船和工廠提供動力，因此是工業革命的基礎。在本文中我們將學習蒸汽機是如何工作的。
下面的示意圖展示了活塞式蒸汽機的主要部件。這是用在蒸汽機車中的典型蒸汽機。
圖中所示的是雙動式蒸汽機，因為它的閥門使高壓蒸汽交替作用於活塞的兩面。下面演示了運行中的發動機：
你能夠看到，滑動閥負責讓高壓蒸汽進入汽缸兩面。而閥門的控制杆通常鉤在連接十字頭的聯動裝置上，因此十字頭的運動也使閥門滑動。
你在這幅圖中可以看到廢蒸汽被簡單地排放到了空氣中。這就解釋了關於蒸汽機車的兩件事：
它解釋了為什麼蒸汽機車需要在車站加水——隨著蒸汽的消耗，水不斷地在損失。
它解釋了火車「呼哧」聲的來源。當閥門打開汽缸釋放廢蒸汽時，蒸汽以很大的壓力衝出來而產生「哧」的聲音。當火車剛啟動的時候，活塞移動得很慢，而後火車開始變快，活塞運動也在加快。這就產生了我們在火車啟動時常常聽到的效果：「呼…哧…呼哧…哧哧哧」。
在蒸汽機車中，十字頭通常與傳動杆相連，從那裡連到聯杆，由聯杆驅動機車的輪子。結構通常如下所示：
在這個示意圖中，十字頭與傳動杆連接，而傳動杆則與火車的三個驅動輪中的一個連接。這三個輪子通過聯杆連接在一起，所以它們同步轉動。
鍋爐
蒸汽機所需的高壓蒸汽來自鍋爐。鍋爐的任務是加熱水來產生蒸汽。有兩種實現方法：火管和水管。
火管鍋爐在19世紀初更為常見。它由一個被很多管子穿過的水箱組成。由煤或木柴燒熱所得的熱氣體從這些管子中通過加熱水箱中的水，如下所示：
在火管鍋爐中，整個水箱都處於高壓之下，因此一旦水箱破裂將造成大爆炸。
現在，更常見的是水管鍋爐，在這種鍋爐中，水流過位於由火加熱的氣體中的一排管子。下面的簡化示意圖描繪了水管鍋爐的典型構造：
在真正的鍋爐中，結構將會複雜得多，因為鍋爐的目的就是盡最大可能從燃燒的燃料中吸取熱量以提高效率。