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第14章 工业生产的大力神

第十三章工业生产的大力神

蒸汽机的发明

1784年,瓦特制作出世界上第一台真正的蒸汽机,点燃了工业革命的导火索,在很短的时

间内,改变了整个世界的面貌。

蒸汽装置有名无实

公元1世纪左右,一位名叫赫伦的希腊发明家曾制作了用蒸汽推动的“空心汽动圆球”。在

这种圆球的中心,贯穿着一根轴,使圆球能自由旋转,在圆球的周围装有端部弯曲的细管。

圆球中间充满水,加热后使之产生蒸汽,此时蒸汽便从弯管的端部喷出,其反作用力使圆球

旋转,这里利用了反动式汽轮机的原理。赫伦制作的这种汽动圆球只能作为玩具,不能实际

应用,因此逐渐被人们所遗忘。

以后,在中世纪的欧洲,一直没有出现利用蒸汽力的设想,直到进入17世纪,才在意大利、

英国、法国又重新开始进行蒸汽的研究。一些蒸汽引动装置相继产生。然而,这些装置抽汲

水的力量很小,并且时有发生蒸汽爆炸事故。另外,由于浪费燃料和不断发生机械故障,所

以声誉不佳。

同一时期,有个名叫巴本的法国人制成了第一台原始的蒸汽机。其原理是:在一个装有活

塞的圆筒里装上水并加热,当水被烧开后,蒸汽就把活塞推上去,等活塞推到顶部就熄火,

筒里的蒸汽冷却下来,大气压力便把活塞压下来。这样的过程周而复始,活塞上上下下,再

配上一些机械便可代替人力或畜力来抽取深井水了。那时欧洲不少国家采矿业发展很快,矿

井挖得很深,地下水涌出来,井里就要积水,只得靠人力和畜力把积水提上来,既费时又耗

力,蒸汽机最初是为解决这个问题而发明的。但这样的蒸汽机时而生火,时而熄火,工作效

率比人力畜力高不了多少,因而并不具有实用价值。

不久以后,英国的纽科门制成了一台蒸汽机。纽科门在皇家学会的著名学者福克的指导下,

吸取了赛维利和巴本蒸汽机的长处,并进行了改进,终于在1712年制出了新的蒸汽机。纽科

门的蒸汽机也有汽缸,不过锅炉和汽缸都装在另外的地方。他的蒸汽机比以前的蒸汽机好用

得多,所以被广泛用作矿山坑道中抽汲地下水的水泵的动力。然而,蒸汽一会儿进入汽缸,

一会儿冷却,这样周而复始地进行,其效率极低。这种蒸汽机能抽汲46米深处的地下水,一

分钟只工作一次。即使如此,由于当时的矿井逐渐向深处发展,所以这种蒸汽机在许多地方

还派上了用场。

在科学史上,一项重大的发明,常常不是一个人,甚至不是一代人所能完成的。在纽科门和

“蒸汽大王”瓦特之间,出了个英国人斯密顿,在1769年~1772年这三四年间,他对当时各

种马力的蒸汽机做了各种各样的实验,先后写了130多个报告,还整理出一套计算公式。尽

管他没有独创性的发明,却为瓦特的成功奠定了基础。

连续革新大功告成

1757年,21岁的瓦特,就读于格拉斯哥的一所大学,喜欢制作和修理物理机械。1763年初

瓦特接到了学校派给的修理一台纽科门蒸汽机的任务。修理期间,瓦特发现这种蒸汽机有很

多缺点,并立志要使蒸汽机脱胎换骨。

经过仔细琢磨,瓦特发现纽科门蒸汽机的毛病主要在缸体随蒸气不断地冷了又热,热了又冷

,白白耗费了许多热能。可是,如何解决这一问题呢?瓦特整日苦思冥想,也不知做了多少

试验,转眼间两年过去了,仍然没有找到解决问题的办法。

1765年5月的一个星期日,瓦特在格拉斯哥的牧场上散步,突然产生了一个美妙的想法,如

果把冷却、加热两个任务,分别由两个容器来承当,让做功的气缸始终保持高热状态,让负

责冷却的冷凝器始终是冷的,产生真空。这样,热耗不就可以大大降低,而效率也得以提高

了吗?

瓦特立即着手实验,并收到了预期的效果。同时,按照斯密顿的计算公式,他算出热效率可

以提高3倍,耗煤量可以节约1/4。

通用蒸汽机的模型制出后,要把它变成真正的机器,谈何容易?瓦特面临的不仅是技术材料

等方面的问题,更令他头痛的,便是棘手的资金问题。幸而此时,瓦特遇到了一位支持者—

—企业家布尔顿。从此,瓦特不需再为研究费用和试制所需的设备而担心了。

蒸汽机研制的重要条件是机械加工技术,特别是圆筒气缸的精密度是个关键。当时这项技术

很落后,造出的汽缸内壁不光滑、漏气,大大影响了蒸汽机的效率。格拉斯哥大学的布莱克

教授介绍他认识了发明镗床的威尔金。他用镗火炮筒子的方法为瓦特镗制了汽缸和活塞,解

决了精度和漏气问题。资金上有布尔顿鼎力资助,技术上有威尔金辅佐,瓦特很快便在1774

年制成了第一台新型蒸汽机。这以后,瓦特精益求精,对蒸汽机不断进行改进。到1784年,

他的蒸汽机已经装上曲轴、飞轮、活塞,可以靠从两边进来的蒸汽连续推动,再不用靠人力

去调节活门,这才是世界上第一台真正的蒸汽机。

蒸汽大王史载千秋

要说蒸汽机的功绩,实在无与伦比。瓦特在取得专利后,很快便把蒸汽机应用到纺织业中去

,后来终于出现了蒸汽纺布机。这样,一个由机器代替手工的时代从纺织工业开始了。棉织

、毛防的产量急剧上升;蒸汽机应用到煤炭业、矿产业中,地下资源不断涌出;蒸汽机应用

到冶金业中,钢铁生产面貌全面更新。瓦特的蒸汽机,点燃了工业革命的导火索,并很快越

过英国边界,为美、法、俄、德等国的工业生产提供了强大的动力机,使人类社会的生产突

飞猛进。所以马克思说,蒸汽机的发明,在很短的时间内,改变了整个世界的面貌。不是吗

?1807年,美国的富尔顿把蒸汽机装到船上,发明了轮船;1814年,英国的史蒂芬逊把蒸汽

机装在车上,发明了火车。有了蒸汽机这样新型的动力装置,机械工业也迅猛地发展起来了

。1817年,英国罗白特发明了刨床,摩兹利发明了车床……,蒸汽机不仅改变了整个工业的

貌,还由于工业的兴起而推动着城市的形成和发展。随着蒸汽机的广泛应用,瓦特的大名也

传遍欧洲,传遍世界,人们把他尊誉为“蒸汽大王”。由于蒸汽机的丰功伟绩,人们把19

世纪称为“蒸汽时代”。

蒸汽机的出现也推动了科学理论的发展。蒸汽机的发明主要靠的是经验和实践。但蒸汽机产

生后,推动了理论研究,产生了热力学,而在热力学理论的研究中,人们又萌发了内燃机的

设想,终于发明出效能更高的动力机器——内燃机。事实证明了科技是生产力。在科学和生

产之间存在着这样一种循环规律,这就是生产→技术→科学→新科学→技术→生产。科学技

术的发展就这样推动着人类社会的进步,创造出灿烂的文明。