機械“鼻祖”蒸汽機

江玉安

l8世紀60年代，一場由機器代替手工勞動的技術變革率先在英國發生，這就是第一次工業革命，瓦特是其中的代表人物，其代表性貢獻是改良蒸汽機.蒸汽機由鐵制造，煤是用來煉鐵的，同時也是蒸汽機的燃料.因此，蒸汽機、煤和鐵一起構成了第一次工業革命的三大元素，

工業革命的序幕——燃煤煉鐵

工業革命之前，由于煉鐵技術落后，在全世界各國中，鐵都屬于稀有資源，也是國家戰略資源，在我國古代，鐵是由國家專賣的.英國的工業革命首先就是由煉鐵引發的.工業革命前.英國已經有了資本主義萌芽，煉鐵技術得到了較大發展，煉鐵就是用木炭將鐵礦石還原成鐵，因此木炭用量大增，英國的樹木被大量砍伐.森林資源遭到嚴重破壞，后來工廠開始挖煤來煉鐵.煤的主要組成元素是碳，發熱效率比木柴高，是更好的煉鐵材料，煤后來也成為蒸汽機的動力來源，

手工業時代主要依靠人力和畜力產生機械能.由于人畜所能轉化的機械能有限，因而導致生產力低下.后來蒸汽機的出現改變了能量轉換過程.煤中儲存的化學能轉化為蒸汽的內能，進而推動蒸汽機產生機械能，由于地球上煤儲量豐富且能量轉化效率較高，從而大大提高了生產力，

蒸汽機登上歷史舞臺

煤礦內的坑道里往往積水很深，影響工作，怎樣快速高效地抽水、排水成為迫切需要解決的問題.就是在這樣的背景下，英國工程師紐科門在1712年首先發明了蒸汽機，實現了新的動力形式——用水蒸氣推動機械運行.紐科門打開了一扇門，開了個好頭，但萬事開頭難，首創的也往往是不完善的.紐科門的蒸汽機性能不佳，效益不高，一直沒有得到大規模使用，被擱置了很長時間.1763年，在格拉斯哥大學做修理工的瓦特接觸到了他夢寐以求的紐科門蒸汽機.這是一臺有故障的蒸汽機.在維修過程中，瓦特發現紐科門蒸汽機在工作時活塞每推動一次，汽缸里的蒸汽都要先冷凝，然后再加熱進行下一次推動，從而使得蒸汽80%的熱量都耗費在維持汽缸的溫度上面，這就導致了蒸汽機工作效率低下.于是，瓦特開始嘗試對蒸汽機進行改良.1765年，瓦特取得關鍵性進展，他把蒸汽機的冷凝器與汽缸分離開來，制成“分離式”蒸汽機樣機，汽缸與冷凝器的分開，使得汽缸溫度可以持續保持高溫，提高了效率，節省了能源.

后來科學家布萊克、實業家馬修·博爾頓都非常看好蒸汽機的前景，于是他們聯合瓦特一起成立了公司.專門研制蒸汽機.1776年，經過不斷試制與改進，第一批實用型蒸汽機制造成功，并開始應用于實際生產，這也被看成是工業革命的標志性事件之一，這批蒸汽機由于只能提供往復直線運動而主要應用于抽水泵上，在博爾頓的建議下，瓦特開始繼續研究如何將蒸汽機的直線往復運動轉化為圓周運動.以便使得蒸汽機能為絕大多數機器提供動力.1781年，瓦特公司的雇員威廉·默多克發明了一種稱為“太陽與行星”的曲柄齒輪傳動系統.并以瓦特的名義成功申請了專利.后來，瓦特又發明了雙向汽缸，瓦特新型蒸汽機的效率是過去的紐科門蒸汽機的3倍.1794年，瓦特又與博爾頓合伙組建了專門制造蒸汽機的公司，不但享有多種專利保護，而且收取“初裝費”.在博爾頓的成功經營下，到1824年，公司共生產了1165臺蒸汽機.瓦特與博爾頓都賺得盆盈缽滿，瓦特由于改良蒸汽機在科學界也取得了巨大聲譽，后人為了紀念這位偉大的發明家.把功率的單位定為“瓦特”，

蒸汽機被廣泛使用

蒸汽機是將能量轉化并提供機械能的設備.它需要搭配各式各樣的機器使用才能產生生產力.來自英國的工程師特里維西克是蒸汽機使用的先行者，但是與瓦特的成功相比.特里維西克是一位悲劇英雄.最初蒸汽機在采礦業被廣泛使用.但是特里維西克還想擴大蒸汽機的使用范圍.他想把蒸汽機安裝在車輛上.讓蒸汽機的動力驅動車輛前進.1804年.特里維西克發明了世界上首輛可以實際運作的蒸汽機車，但他的蒸汽機車過于笨重，常常壓壞木質軌道，且性能不佳，最終因沒能吸引到投資而宣告失敗，

但特里維西克的事跡鼓勵了后來者.英國發明家史蒂芬森在1814年試制成功了一臺新型蒸汽機車，被稱為“旅行者號”.由于機車前進時，不斷從蒸汽機煙囪里冒出火來，因此蒸汽機車被稱為“火車”.1825年，英國建成第一條鐵路.同年九月，“旅行者號”機車拖著三十多節小車廂正式試車，車廂載有450名乘客和90 t貨物，以24 km/h的速度跑完了40 km的路程.從此火車開始風行世界.史蒂芬森也被譽為“火車之父”.

蒸汽機可以驅動車輛在路面上跑起來，那蒸汽機同樣可以在水里驅動船行進.美國工程師富爾頓發明了蒸汽機輪船.1803年，富爾頓的首次輪船試驗在法國的塞納河舉行，雖然試航成功，但輪船被當晚的暴風雨毀壞.4年后的1807年8月18日，富爾頓在美國的哈得遜河上.用新制的蒸汽機輪船“克萊蒙脫號”再次試航.終獲成功，富爾頓被稱為“輪船之父”.

推動第一次工業革命的不僅僅是科學技術的進步.發明專利和知識產權保護、風險投資的大量引入，也給工業革命源源不斷地投入動力，世界的面貌從此不同.以實業家、工程師為代表的資產階級從此成為推動社會發展進步的主要力量.之后的事情我們每一個中國人都難以忘記.完成工業革命的西方列強用堅船利炮打開了古老中國的大門，給我們整個民族帶來了沉痛苦難.也讓我們明白了“落后就要挨打”的道理.在先輩們的努力奮斗下，今天的中國后來居上，高鐵里程世界第一，鋼鐵產量世界第一，擁有了兩艘航空母艦.希望我們廣大中學生繼續努力學習，未來投入到中華民族偉大復興的事業中.

責任編輯 林洋