影響世界的百位名人

第七十七章 促進產業革命的偉大發明家——瓦特

　　詹姆斯·瓦特（1736—1819）是英國近代的偉大發明家，因發明高效率的蒸汽機而聞名於世。

　　瓦特出生於蘇格蘭格拉斯哥附近的格林諾克。格拉斯哥是英國的造船工業中心。瓦特的祖父曾教數學，父親是建築師和造船師，曾任格林諾克鎮的司庫和市政官。他酷愛學習，好奇心強，又聰慧過人，加之耳濡目染，從小學到了許多機器製造的知識。瓦特上過格林諾克文法學校，中途因病輟學。在家養病期間，他刻苦自學，大量閱讀天文、化學、物理等方麵的書籍。1753年，父親經商破產，瓦特被迫到格拉斯哥去學手藝，那時他還不到18歲。兩年後，他轉到倫敦一家鍾表店當學徒。瓦特在這裏學到了許多製造儀表和機器的本領，他因勤於鑽研和實踐，很快學會製造象限儀、羅盤和經緯儀等複雜儀器。

　　20歲時，瓦特患了嚴重的風濕症，不得不回家休養。等身體好些後，他想到格拉斯哥開辦儀器修造業，可那時還存在排他性的行會，他因學徒沒有出師，當地行會不準他開業。但天無絕人之路，他經朋友介紹，到格拉斯哥大學當了儀器修理工。在這裏，他結識了著名化學家約瑟夫·布萊克教授及其學生物理學家約翰·魯賓森。該大學是當時英國為數不多的高等學府之一，學校擁有各種各樣的儀器設備。在這裏，他如饑似渴地學習科學理論和實踐知識。為了了解國外的科技動態，他學會了法語、意大利語和德語。他同布萊克等科學家一起改良晴雨計和濕度計。布萊克的潛熱理論對瓦特的影響尤其大，後被他在蒸汽機中加以利用。

　　過去流行一個故事，說是瓦特看到爐子上的茶壺燒開了，蒸汽吹起了壺蓋，他受到啟發而發明了蒸汽機。這未免太簡單化了。其實，在瓦特以前很久，人們就認識到蒸汽的作用。17世紀，由於資本主義生產關係的迅速發展，對動力的需求日增，人們對利用蒸汽動力的探索已取得一些實際成果。1629年，意大利人勃蘭克發明了一種原始的汽輪裝置，他用蒸汽推動葉輪，帶動春杆。1698年，英國人薩維利製造了一台蒸汽泵，可用於礦井排水。1705年，蘇格蘭鐵匠紐康門在薩維利發明的基礎上，製造了第一部有較大實用價值的蒸汽機械，稱為大氣壓力機。當時主要用於礦井排水，1721年後在英國許多礦井采用並傳到歐洲大陸。

　　18世紀60年代，英國因紡紗機的發明和其他領域的技術進步而開始工業革命，一係列工作機的發明和運用呼喚一種超越自然力的萬能動力機械。這時，由於水輪機、鍾表和其他機械的發明和使用，人們已積累了機械製造、機械傳動和金屬加工方麵的知識，焦炭在冶鐵業中的廣泛采用，使鋼鐵冶煉技術獲得長足進步，手工工場的發展已培養了一大批熟練工人，這些都為蒸汽機的發明準備了技術條件。

　　瓦特努力吸收前人的成果，致力於蒸汽機的研製。1761年和1762年，他在格拉斯哥大學多次進行蒸汽壓力的試驗，研究蒸汽的密度、壓力和溫度之間的關係。1763年至1764年冬天，他負責修理紐康門大氣壓力機的模型，他反複觀察其運轉情況，終於發現了這種機器效率低下的原因。紐康門機是靠冷凝汽缸內的熱氣產生真空，因大氣壓力的作用而推動與活塞連接的連杆運動，從而產生動力。汽缸冷卻後，又需重新加熱，這就造成大量熱能的浪費。而且，汽缸冷凝後，溫度仍然較高，真空度低，影響了機器的效能。於是，瓦特就集中精力解決這個關鍵問題。

　　研究新的蒸汽機既費時又費錢，瓦特很快就耗盡了自己的家產並負債累累，他陷於猶豫和苦悶之中，幾乎中止了研究工作。為了謀生和養家，他被迫去當測量員和工程師，負責繪製喀裏多尼亞運河線路圖。這時，兩位有遠見卓識的企業家幫了他的忙，他們是約翰·羅巴克和馬修·博爾頓。1765年，經布萊克介紹，瓦特結識了羅巴克，後者剛在福思河右岸的博羅斯托內斯開設了煤礦，急需用於礦井排水的抽水機。羅巴克高度評價瓦特的研究工作，願意出資幫助他完成蒸汽機的研製。於是兩人簽訂合同，羅巴克答應替瓦特償還1000英鎊的債務，並負責提供完成研製和投入工業生產所需的資金。瓦特則許諾把今後可能獲得的利潤的三分之二給羅巴克作為報酬。羅巴克的資助使瓦特得以把研製蒸汽機的工作繼續進行下去。

　　經過一係列試驗，瓦特發明了與汽缸分離的冷凝器，把汽缸內的蒸汽導入冷凝器內冷卻。他努力提高汽缸和活塞的加工精度，增強其密閉性。在紐康門的機器裏，蒸汽隻是一種輔助力量，它實際是靠大氣壓力做功。瓦特的發明卻是用蒸汽推動活塞動作。此外，他用潤滑油提高活塞運轉的靈活性，在汽缸外增加絕熱層，使汽缸保持必要的工作溫度。經過這一係列改進，瓦特於1769年製造出第一台蒸汽機，並獲得專利。瓦特蒸汽機的效率比紐康門的大氣壓力機有很大提高，耗煤量隻有紐康門機的四分之一，效率卻提高了5倍。但是，瓦特發明的這台機器隻有一個汽缸，很不完善，容易出故障，安裝沒有多久即被擱置一旁。不久，羅巴克的煤礦因積水而停產。1733年，羅巴克宣告破產。真是禍不單行，這一年瓦特的妻子死了。在這十分艱難的時刻，博爾頓幫了他的忙。

　　博爾頓是伯明翰北部索霍一家製造金屬製品的手工工場主，經濟實力雄厚。瓦特在幾年前就認識他，並在1767年參觀過索霍工場。博爾頓的事業欣欣向榮，正需要一種理想的動力機來裝備他的工場。羅巴克恰好欠博爾頓1200英鎊的債務，後者提議，隻要羅巴克把與瓦特的合夥合同轉讓給他，就免去其債務。博爾頓同瓦特的合作就這樣開始了。1774年5月，瓦特帶著他的第一台蒸汽機搬到索霍定居。他立即著手改進他的發明。不久，第一台蒸汽機又能正常運轉了。

　　瓦特和博爾頓一麵把蒸汽機投入工業性生產，一麵繼續改進其設計。當時還是投入多，產出少，研製費用又高，博爾頓把工場獲得的利潤和變賣妻子財產所得的收入都投進了改進蒸汽機的工作中。瓦特在完善蒸汽機方麵還得益於其他人的發明，例如，1775年約翰·威爾金森發明的鏜床對提高汽缸的精度就有很大作用。經過反複試驗，瓦特對他最初的設計做了很大改進，於1882年發明複式蒸汽機。以前的單式蒸汽機隻能做往複運動，與紐康門的機器還有不少相似之處，主要用於提水，使用範圍有限。複式蒸汽機利用蒸汽做功，交替地從兩麵推動活塞，並采用偏心輪和曲柄，把直線運動改為旋轉運動。他還發明了一種離心調速器，自動控製運轉速度。經過這些改進後，瓦特的蒸汽機不僅提高了效率，而且成為一種用途廣泛的萬能動力機，可以成為各種機器的動力。索霍工廠首先裝備了新式蒸汽機，用它來推動鼓風機、滾軋機、汽錘。新機器很快推廣開來，它用於麵粉廠磨麵、煉鐵廠鼓風、啤酒廠磨麥芽、陶瓷廠粉碎燧石、煉糖廠壓碎甘蔗等。1785年，諾丁漢的舍爾棉紡廠安裝了蒸汽機，從此成了紡織業的主要動力。蒸汽機在水陸交通運輸業中的運用導致汽輪和火車的發明，從而使運輸業發生了一場深刻的革命，使之進入汽船和鐵路時代。

　　瓦特的發明受到專利的保護，瓦特一博爾頓公司成為當時供應蒸汽機的惟一製造商，蒸汽機成了該公司的主要產品。在1775—1880年之間，該公司生產了173台蒸汽機，其中用於紡織業的93台，采礦業52台，冶金業28台。19世紀開始以前，英國已製造出1200—1330台蒸汽機，每台平均功率為15—16馬力。這種新式動力機很快傳到歐洲大陸、北美和其他地區。

　　開始時，蒸汽機製造主要還是手工業生產方式，生產速度慢，機器的質量決定於工匠的技藝水平，可靠性差，成本高，遠不能滿足社會的需求。為了大批量生產蒸汽機，需要鍛壓、金屬切削方麵的工作機，從而推動了機器製造業的發展。

　　瓦特的蒸汽機為以工業革命為契機的近代工廠工業提供了一種高效可靠的動力機，它使工業擺脫了對水力、風力等自然力的依賴，使生產不再受氣候變化的影響，使工廠可以建設在原材料供應、市場和交通條件較好的地區，因此也促進了城市的發展。由於相關工業部門鄰近，市政設施齊備，產供銷互相銜接，提高了工業投資效益，推動了各行各業的全麵發展。因此，蒸汽機的發明具有劃時代的意義，它加快了英國工業革命的完成和世界其他地區工業革命的進程，使生產力的發展出現了一次前所未有的飛躍，因此，19世紀被稱為“蒸汽機時代”。

　　瓦特除了發明蒸汽機，還發明了液體比重計、信件複印機，他最先提議用螺旋槳代替明輪推動船舶，最先采用“馬力”作為計算功率的單位。

　　瓦特的傑出成就受到國內外的高度評價和讚揚，他被著名的伯明翰新月會接納為會員，1785年當選為皇家學會會員，1806年被授予格拉斯哥大學法學博士學位，1814年，法蘭西科學院吸收他為國外會員。1819年瓦特去世後，被安葬在威斯敏斯特教堂。後人為了紀念他，用他的名字“瓦特”作為功的計量單位，瓦特的名字被永遠載人世界著名發明家史冊。