促進(jìn)產(chǎn)業(yè)革命的偉大發(fā)明家是誰？

詹姆斯·瓦特（1736—1819）是英國近代的偉大發(fā)明家，因發(fā)明高效率的蒸汽機(jī)而聞名于世。瓦特出生于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(yè)中心。瓦特的祖父曾教數(shù)學(xué)，父親是建筑師和造船師，曾任格林諾克鎮(zhèn)的司庫和市政官。他酷愛學(xué)習(xí)，好奇心強(qiáng)，又聰慧過人，加之耳濡目染，從小學(xué)到了許多機(jī)器制造的知識。瓦特上過格林諾克文法學(xué)校，中途因病輟學(xué)。在家養(yǎng)病期間，他刻苦自學(xué)，大量閱讀天文、化學(xué)、物理等方面的書籍。1753年，父親經(jīng)商破產(chǎn)，瓦特被迫到格拉斯哥去學(xué)手藝，那時(shí)他還不到18歲。兩年后，他轉(zhuǎn)到倫敦一家鐘表店當(dāng)學(xué)徒。瓦特在這里學(xué)到了許多制造儀表和機(jī)器的本領(lǐng)，他因勤于鉆研和實(shí)踐，很快學(xué)會制造象限儀、羅盤和經(jīng)緯儀等復(fù)雜儀器。20歲時(shí)，瓦特患了嚴(yán)重的風(fēng)濕癥，不得不回家休養(yǎng)。等身體好些后，他想到格拉斯哥開辦儀器修造業(yè)，可那時(shí)還存在排他性的行會，他因?qū)W徒?jīng)]有出師，當(dāng)?shù)匦袝粶?zhǔn)他開業(yè)。但天無絕人之路，他經(jīng)朋友介紹，到格拉斯哥大學(xué)當(dāng)了儀器修理工。在這里，他結(jié)識了著名化學(xué)家約瑟夫·布萊克教授及其學(xué)生物理學(xué)家約翰·魯賓森。該大學(xué)是當(dāng)時(shí)英國為數(shù)不多的高等學(xué)府之一，學(xué)校擁有各種各樣的儀器設(shè)備。在這里，他如饑似渴地學(xué)習(xí)科學(xué)理論和實(shí)踐知識。為了了解國外的科技動(dòng)態(tài)，他學(xué)會了法語、意大利語和德語。他同布萊克等科學(xué)家一起改良晴雨計(jì)和濕度計(jì)。布萊克的潛熱理論對瓦特的影響尤其大，后被他在蒸汽機(jī)中加以利用。過去流行一個(gè)故事，說是瓦特看到爐子上的茶壺?zé)_了，蒸汽吹起了壺蓋，他受到啟發(fā)而發(fā)明了蒸汽機(jī)。這未免太簡單化了。其實(shí)，在瓦特以前很久，人們就認(rèn)識到蒸汽的作用。17世紀(jì)，由于資本主義生產(chǎn)關(guān)系的迅速發(fā)展，對動(dòng)力的需求日增，人們對利用蒸汽動(dòng)力的探索已取得一些實(shí)際成果。1629年，意大利人勃蘭克發(fā)明了一種原始的汽輪裝置，他用蒸汽推動(dòng)葉輪，帶動(dòng)春桿。1698年，英國人薩維利制造了一臺蒸汽泵，可用于礦井排水。1705年，蘇格蘭鐵匠紐康門在薩維利發(fā)明的基礎(chǔ)上，制造了第一部有較大實(shí)用價(jià)值的蒸汽機(jī)械，稱為大氣壓力機(jī)。當(dāng)時(shí)主要用于礦井排水，1721年后在英國許多礦井采用并傳到歐洲大陸。18世紀(jì)60年代，英國因紡紗機(jī)的發(fā)明和其他領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步而開始工業(yè)革命，一系列工作機(jī)的發(fā)明和運(yùn)用呼喚一種超越自然力的萬能動(dòng)力機(jī)械。這時(shí)，由于水輪機(jī)、鐘表和其他機(jī)械的發(fā)明和使用，人們已積累了機(jī)械制造、機(jī)械傳動(dòng)和金屬加工方面的知識，焦炭在冶鐵業(yè)中的廣泛采用，使鋼鐵冶煉技術(shù)獲得長足進(jìn)步，手工工場的發(fā)展已培養(yǎng)了一大批熟練工人，這些都為蒸汽機(jī)的發(fā)明準(zhǔn)備了技術(shù)條件。瓦特努力吸收前人的成果，致力于蒸汽機(jī)的研制。1761年和1762年，他在格拉斯哥大學(xué)多次進(jìn)行蒸汽壓力的試驗(yàn)，研究蒸汽的密度、壓力和溫度之間的關(guān)系。1763年至1764年冬天，他負(fù)責(zé)修理紐康門大氣壓力機(jī)的模型，他反復(fù)觀察其運(yùn)轉(zhuǎn)情況，終于發(fā)現(xiàn)了這種機(jī)器效率低下的原因。紐康門機(jī)是靠冷凝汽缸內(nèi)的熱氣產(chǎn)生真空，因大氣壓力的作用而推動(dòng)與活塞連接的連桿運(yùn)動(dòng)，從而產(chǎn)生動(dòng)力。汽缸冷卻后，又需重新加熱，這就造成大量熱能的浪費(fèi)。而且，汽缸冷凝后，溫度仍然較高，真空度低，影響了機(jī)器的效能。于是，瓦特就集中精力解決這個(gè)關(guān)鍵問題。研究新的蒸汽機(jī)既費(fèi)時(shí)又費(fèi)錢，瓦特很快就耗盡了自己的家產(chǎn)并負(fù)債累累，他陷于猶豫和苦悶之中，幾乎中止了研究工作。為了謀生和養(yǎng)家，他被迫去當(dāng)測量員和工程師，負(fù)責(zé)繪制喀里多尼亞運(yùn)河線路圖。這時(shí)，兩位有遠(yuǎn)見卓識的企業(yè)家?guī)土怂拿?，他們是約翰·羅巴克和馬修·博爾頓。1765年，經(jīng)布萊克介紹，瓦特結(jié)識了羅巴克，后者剛在福思河右岸的博羅斯托內(nèi)斯開設(shè)了煤礦，急需用于礦井排水的抽水機(jī)。羅巴克高度評價(jià)瓦特的研究工作，愿意出資幫助他完成蒸汽機(jī)的研制。于是兩人簽訂合同，羅巴克答應(yīng)替瓦特償還1000英鎊的債務(wù)，并負(fù)責(zé)提供完成研制和投入工業(yè)生產(chǎn)所需的資金。瓦特則許諾把今后可能獲得的利潤的三分之二給羅巴克作為報(bào)酬。羅巴克的資助使瓦特得以把研制蒸汽機(jī)的工作繼續(xù)進(jìn)行下去。經(jīng)過一系列試驗(yàn)，瓦特發(fā)明了與汽缸分離的冷凝器，把汽缸內(nèi)的蒸汽導(dǎo)入冷凝器內(nèi)冷卻。他努力提高汽缸和活塞的加工精度，增強(qiáng)其密閉性。在紐康門的機(jī)器里，蒸汽只是一種輔助力量，它實(shí)際是靠大氣壓力做功。瓦特的發(fā)明卻是用蒸汽推動(dòng)活塞動(dòng)作。此外，他用潤滑油提高活塞運(yùn)轉(zhuǎn)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(jīng)過這一系列改進(jìn)，瓦特于1769年制造出第一臺蒸汽機(jī)，并獲得專利。瓦特蒸汽機(jī)的效率比紐康門的大氣壓力機(jī)有很大提高，耗煤量只有紐康門機(jī)的四分之一，效率卻提高了5倍。但是，瓦特發(fā)明的這臺機(jī)器只有一個(gè)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(chǎn)。1733年，羅巴克宣告破產(chǎn)。真是禍不單行，這一年瓦特的妻子死了。在這十分艱難的時(shí)刻，博爾頓幫了他的忙。博爾頓是伯明翰北部索霍一家制造金屬制品的手工工場主，經(jīng)濟(jì)實(shí)力雄厚。瓦特在幾年前就認(rèn)識他，并在1767年參觀過索霍工場。博爾頓的事業(yè)欣欣向榮，正需要一種理想的動(dòng)力機(jī)來裝備他的工場。羅巴克恰好欠博爾頓1200英鎊的債務(wù)，后者提議，只要羅巴克把與瓦特的合伙合同轉(zhuǎn)讓給他，就免去其債務(wù)。博爾頓同瓦特的合作就這樣開始了。1774年5月，瓦特帶著他的第一臺蒸汽機(jī)搬到索霍定居。他立即著手改進(jìn)他的發(fā)明。不久，第一臺蒸汽機(jī)又能正常運(yùn)轉(zhuǎn)了。瓦特和博爾頓一面把蒸汽機(jī)投入工業(yè)性生產(chǎn)，一面繼續(xù)改進(jìn)其設(shè)計(jì)。當(dāng)時(shí)還是投入多，產(chǎn)出少，研制費(fèi)用又高，博爾頓把工場獲得的利潤和變賣妻子財(cái)產(chǎn)所得的收入都投進(jìn)了改進(jìn)蒸汽機(jī)的工作中。瓦特在完善蒸汽機(jī)方面還得益于其他人的發(fā)明，例如，1775年約翰·威爾金森發(fā)明的鏜床對提高汽缸的精度就有很大作用。經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)，瓦特對他最初的設(shè)計(jì)做了很大改進(jìn)，于1882年發(fā)明復(fù)式蒸汽機(jī)。以前的單式蒸汽機(jī)只能做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，與紐康門的機(jī)器還有不少相似之處，主要用于提水，使用范圍有限。復(fù)式蒸汽機(jī)利用蒸汽做功，交替地從兩面推動(dòng)活塞，并采用偏心輪和曲柄，把直線運(yùn)動(dòng)改為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。他還發(fā)明了一種離心調(diào)速器，自動(dòng)控制運(yùn)轉(zhuǎn)速度。經(jīng)過這些改進(jìn)后，瓦特的蒸汽機(jī)不僅提高了效率，而且成為一種用途廣泛的萬能動(dòng)力機(jī)，可以成為各種機(jī)器的動(dòng)力。索霍工廠首先裝備了新式蒸汽機(jī)，用它來推動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)、滾軋機(jī)、汽錘。新機(jī)器很快推廣開來，它用于面粉廠磨面、煉鐵廠鼓風(fēng)、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(jī)，從此成了紡織業(yè)的主要?jiǎng)恿?。蒸汽機(jī)在水陸交通運(yùn)輸業(yè)中的運(yùn)用導(dǎo)致汽輪和火車的發(fā)明，從而使運(yùn)輸業(yè)發(fā)生了一場深刻的革命，使之進(jìn)入汽船和鐵路時(shí)代。瓦特的發(fā)明受到專利的保護(hù)，瓦特一博爾頓公司成為當(dāng)時(shí)供應(yīng)蒸汽機(jī)的惟一制造商，蒸汽機(jī)成了該公司的主要產(chǎn)品。在1775—1880年之間，該公司生產(chǎn)了173臺蒸汽機(jī)，其中用于紡織業(yè)的93臺，采礦業(yè)52臺，冶金業(yè)28臺。19世紀(jì)開始以前，英國已制造出1200—1330臺蒸汽機(jī)，每臺平均功率為15—16馬力。這種新式動(dòng)力機(jī)很快傳到歐洲大陸、北美和其他地區(qū)。開始時(shí)，蒸汽機(jī)制造主要還是手工業(yè)生產(chǎn)方式，生產(chǎn)速度慢，機(jī)器的質(zhì)量決定于工匠的技藝水平，可靠性差，成本高，遠(yuǎn)不能滿足社會的需求。為了大批量生產(chǎn)蒸汽機(jī)，需要鍛壓、金屬切削方面的工作機(jī)，從而推動(dòng)了機(jī)器制造業(yè)的發(fā)展。瓦特的蒸汽機(jī)為以工業(yè)革命為契機(jī)的近代工廠工業(yè)提供了一種高效可靠的動(dòng)力機(jī)，它使工業(yè)擺脫了對水力、風(fēng)力等自然力的依賴，使生產(chǎn)不再受氣候變化的影響，使工廠可以建設(shè)在原材料供應(yīng)、市場和交通條件較好的地區(qū)，因此也促進(jìn)了城市的發(fā)展。由于相關(guān)工業(yè)部門鄰近，市政設(shè)施齊備，產(chǎn)供銷互相銜接，提高了工業(yè)投資效益，推動(dòng)了各行各業(yè)的全面發(fā)展。因此，蒸汽機(jī)的發(fā)明具有劃時(shí)代的意義，它加快了英國工業(yè)革命的完成和世界其他地區(qū)工業(yè)革命的進(jìn)程，使生產(chǎn)力的發(fā)展出現(xiàn)了一次前所未有的飛躍，因此，19世紀(jì)被稱為“蒸汽機(jī)時(shí)代”。瓦特除了發(fā)明蒸汽機(jī)，還發(fā)明了液體比重計(jì)、信件復(fù)印機(jī)，他最先提議用螺旋槳代替明輪推動(dòng)船舶，最先采用“馬力”作為計(jì)算功率的單位。瓦特的杰出成就受到國內(nèi)外的高度評價(jià)和贊揚(yáng)，他被著名的伯明翰新月會接納為會員，1785年當(dāng)選為皇家學(xué)會會員，1806年被授予格拉斯哥大學(xué)法學(xué)博士學(xué)位，1814年，法蘭西科學(xué)院吸收他為國外會員。1819年瓦特去世后，被安葬在威斯敏斯特教堂。后人為了紀(jì)念他，用他的名字“瓦特”作為功的計(jì)量單位，瓦特的名字被永遠(yuǎn)載人世界著名發(fā)明家史冊。
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