机械“鼻祖”蒸汽机

江玉安

l8世纪60年代，一场由机器代替手工劳动的技术变革率先在英国发生，这就是第一次工业革命，瓦特是其中的代表人物，其代表性贡献是改良蒸汽机.蒸汽机由铁制造，煤是用来炼铁的，同时也是蒸汽机的燃料.因此，蒸汽机、煤和铁一起构成了第一次工业革命的三大元素，

工业革命的序幕——燃煤炼铁

工业革命之前，由于炼铁技术落后，在全世界各国中，铁都属于稀有资源，也是国家战略资源，在我国古代，铁是由国家专卖的.英国的工业革命首先就是由炼铁引发的.工业革命前.英国已经有了资本主义萌芽，炼铁技术得到了较大发展，炼铁就是用木炭将铁矿石还原成铁，因此木炭用量大增，英国的树木被大量砍伐.森林资源遭到严重破坏，后来工厂开始挖煤来炼铁.煤的主要组成元素是碳，发热效率比木柴高，是更好的炼铁材料，煤后来也成为蒸汽机的动力来源，

手工业时代主要依靠人力和畜力产生机械能.由于人畜所能转化的机械能有限，因而导致生产力低下.后来蒸汽机的出现改变了能量转换过程.煤中储存的化学能转化为蒸汽的内能，进而推动蒸汽机产生机械能，由于地球上煤储量丰富且能量转化效率较高，从而大大提高了生产力，

蒸汽机登上历史舞台

煤矿内的坑道里往往积水很深，影响工作，怎样快速高效地抽水、排水成为迫切需要解决的问题.就是在这样的背景下，英国工程师纽科门在1712年首先发明了蒸汽机，实现了新的动力形式——用水蒸气推动机械运行.纽科门打开了一扇门，开了个好头，但万事开头难，首创的也往往是不完善的.纽科门的蒸汽机性能不佳，效益不高，一直没有得到大规模使用，被搁置了很长时间.1763年，在格拉斯哥大学做修理工的瓦特接触到了他梦寐以求的纽科门蒸汽机.这是一台有故障的蒸汽机.在维修过程中，瓦特发现纽科门蒸汽机在工作时活塞每推动一次，汽缸里的蒸汽都要先冷凝，然后再加热进行下一次推动，从而使得蒸汽80%的热量都耗费在维持汽缸的温度上面，这就导致了蒸汽机工作效率低下.于是，瓦特开始尝试对蒸汽机进行改良.1765年，瓦特取得关键性进展，他把蒸汽机的冷凝器与汽缸分离开来，制成“分离式”蒸汽机样机，汽缸与冷凝器的分开，使得汽缸温度可以持续保持高温，提高了效率，节省了能源.

后来科学家布莱克、实业家马修·博尔顿都非常看好蒸汽机的前景，于是他们联合瓦特一起成立了公司.专门研制蒸汽机.1776年，经过不断试制与改进，第一批实用型蒸汽机制造成功，并开始应用于实际生产，这也被看成是工业革命的标志性事件之一，这批蒸汽机由于只能提供往复直线运动而主要应用于抽水泵上，在博尔顿的建议下，瓦特开始继续研究如何将蒸汽机的直线往复运动转化为圆周运动.以便使得蒸汽机能为绝大多数机器提供动力.1781年，瓦特公司的雇员威廉·默多克发明了一种称为“太阳与行星”的曲柄齿轮传动系统.并以瓦特的名义成功申请了专利.后来，瓦特又发明了双向汽缸，瓦特新型蒸汽机的效率是过去的纽科门蒸汽机的3倍.1794年，瓦特又与博尔顿合伙组建了专门制造蒸汽机的公司，不但享有多种专利保护，而且收取“初装费”.在博尔顿的成功经营下，到1824年，公司共生产了1165台蒸汽机.瓦特与博尔顿都赚得盆盈钵满，瓦特由于改良蒸汽机在科学界也取得了巨大声誉，后人为了纪念这位伟大的发明家.把功率的单位定为“瓦特”，

蒸汽机被广泛使用

蒸汽机是将能量轉化并提供机械能的设备.它需要搭配各式各样的机器使用才能产生生产力.来自英国的工程师特里维西克是蒸汽机使用的先行者，但是与瓦特的成功相比.特里维西克是一位悲剧英雄.最初蒸汽机在采矿业被广泛使用.但是特里维西克还想扩大蒸汽机的使用范围.他想把蒸汽机安装在车辆上.让蒸汽机的动力驱动车辆前进.1804年.特里维西克发明了世界上首辆可以实际运作的蒸汽机车，但他的蒸汽机车过于笨重，常常压坏木质轨道，且性能不佳，最终因没能吸引到投资而宣告失败，

但特里维西克的事迹鼓励了后来者.英国发明家史蒂芬森在1814年试制成功了一台新型蒸汽机车，被称为“旅行者号”.由于机车前进时，不断从蒸汽机烟囱里冒出火来，因此蒸汽机车被称为“火车”.1825年，英国建成第一条铁路.同年九月，“旅行者号”机车拖着三十多节小车厢正式试车，车厢载有450名乘客和90 t货物，以24 km/h的速度跑完了40 km的路程.从此火车开始风行世界.史蒂芬森也被誉为“火车之父”.

蒸汽机可以驱动车辆在路面上跑起来，那蒸汽机同样可以在水里驱动船行进.美国工程师富尔顿发明了蒸汽机轮船.1803年，富尔顿的首次轮船试验在法国的塞纳河举行，虽然试航成功，但轮船被当晚的暴风雨毁坏.4年后的1807年8月18日，富尔顿在美国的哈得逊河上.用新制的蒸汽机轮船“克莱蒙脱号”再次试航.终获成功，富尔顿被称为“轮船之父”.

推动第一次工业革命的不仅仅是科学技术的进步.发明专利和知识产权保护、风险投资的大量引入，也给工业革命源源不断地投入动力，世界的面貌从此不同.以实业家、工程师为代表的资产阶级从此成为推动社会发展进步的主要力量.之后的事情我们每一个中国人都难以忘记.完成工业革命的西方列强用坚船利炮打开了古老中国的大门，给我们整个民族带来了沉痛苦难.也让我们明白了“落后就要挨打”的道理.在先辈们的努力奋斗下，今天的中国后来居上，高铁里程世界第一，钢铁产量世界第一，拥有了两艘航空母舰.希望我们广大中学生继续努力学习，未来投入到中华民族伟大复兴的事业中.

责任编辑 林洋