瓦特蒸汽機(jī)與工業(yè)革命

江玉安

以前的小學(xué)課本有一篇課文——《瓦特與茶壺的故事》。瓦特（見圖1）小時(shí)候看到火爐上的水燒開。蒸汽把水壺蓋頂開。瓦特把壺蓋放回去但很快又被頂開了。瓦特就這樣反復(fù)地做想找出原因，后來他發(fā)現(xiàn)這是蒸汽的力量，通過研究發(fā)明了蒸汽機(jī)。瓦特是人類歷史上最著名的發(fā)明家之一。在美國作家查爾斯·穆雷的《人類成就》一書中，介紹了他曾經(jīng)做過的一個(gè)調(diào)查，在歷史上最知名的229位發(fā)明家中。瓦特與愛迪生并列第一位。

瓦特是與英國工業(yè)革命聯(lián)系在一起的。第一次工業(yè)革命又被稱為蒸汽革命。1776年。瓦特改進(jìn)的蒸汽機(jī)的廣泛使用被認(rèn)為是工業(yè)革命正式開始的標(biāo)志。瓦特在英國留下了很多印記：倫敦威斯敏斯特大教堂有瓦特的紀(jì)念碑：瓦特家鄉(xiāng)漢茲沃斯的圣瑪麗教堂里建有瓦特、博爾頓與默多克三人的紀(jì)念像，他們?nèi)耸钦羝麢C(jī)公司的合伙人：曾經(jīng)最著名的學(xué)術(shù)團(tuán)體之一“月亮社”的紀(jì)念碑上也有瓦特與一臺蒸汽機(jī)的雕刻：當(dāng)然，最為世人傳誦的還是國際單位制中功率的單位“瓦特”以及F系列50英鎊背面的瓦特與博爾頓像。

1736年1月19日。瓦特出生于蘇格蘭格拉斯哥附近的港口小鎮(zhèn)格林諾克。家境殷實(shí)。瓦特小時(shí)候和愛迪生一樣。主要由母親在家里進(jìn)行教育。瓦特17歲的時(shí)候。母親去世。家道中落，瓦特開始外出打工養(yǎng)家。1757年。瓦特回家。在格拉斯哥大學(xué)開設(shè)了一間機(jī)械修理店。當(dāng)起了小老板?？茖W(xué)家布萊克教授成了瓦特的朋友與導(dǎo)師。布萊克比瓦特大8歲。最早發(fā)現(xiàn)“固定空氣”。即二氧化碳。瓦特與布萊克經(jīng)常一起參加“月亮社”的學(xué)術(shù)團(tuán)體活動。“月亮社”每個(gè)月在月網(wǎng)之夜活動一次。以便活動結(jié)束后大家可以借助月光回家?！霸铝辽纭钡某蓡T是熱衷科學(xué)技術(shù)的實(shí)業(yè)家、實(shí)驗(yàn)家與哲學(xué)家等。如實(shí)業(yè)家馬修·博爾頓、達(dá)爾文的外祖父韋奇伍德（陶瓷家）、實(shí)驗(yàn)家普里斯特利（發(fā)現(xiàn)氧氣）以及達(dá)爾文的祖父伊拉斯謨。達(dá)爾文（自然哲學(xué)家，醫(yī)生）都是重要成員。

1763年。瓦特得知格拉斯哥大學(xué)有一臺紐科門蒸汽機(jī)。正要送往倫敦修理。他請求學(xué)校取回這臺蒸汽機(jī)并親自進(jìn)行了修理。瓦特反應(yīng)敏捷，這很像當(dāng)年的伽利略。當(dāng)年，伽利略聽說有人準(zhǔn)備帶望遠(yuǎn)鏡到威尼斯出售時(shí)，馬上行動，造出性能更優(yōu)的望遠(yuǎn)鏡，結(jié)果不但獲得一筆豐厚的報(bào)酬。而且從此獲得長期訂單。通過修理這臺蒸汽機(jī)。瓦特增長了見識。也磨礪了技術(shù)。在1765年取得關(guān)鍵性進(jìn)展。他把蒸汽機(jī)的冷凝器與氣缸分離開來。制成“分離式”蒸汽機(jī)樣機(jī)。氣缸與冷凝器的分離。可以使氣缸維持較高的溫度。提高了效率，節(jié)省了能源。

科學(xué)家布萊克、實(shí)業(yè)家博爾頓看好瓦特蒸汽機(jī)的前景。及時(shí)給予了瓦特精神鼓勵(lì)與資金支持。瓦特與博爾頓更是開始了他們長達(dá)25年的成功合作。瓦特與博爾頓的合作。使得瓦特得到了更好的設(shè)備、充足的資金以及持續(xù)的工藝支持。1776年。經(jīng)過不斷嘗試與改進(jìn)。第一批實(shí)用型蒸汽機(jī)制造成功并應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)。這批蒸汽機(jī)由于只能提供往復(fù)直線運(yùn)動。因此主要應(yīng)用于抽水泵上。在博爾頓的要求下。瓦特開始研究如何將蒸汽機(jī)的直線往復(fù)運(yùn)動轉(zhuǎn)化為圓周運(yùn)動。以便使得蒸汽機(jī)能夠?yàn)榻^大多數(shù)機(jī)器提供動力。

1781年。瓦特公司的雇員威廉·默多克發(fā)明了一種稱為“太陽與行星”的曲柄齒輪傳動系統(tǒng)。并以瓦特的名義成功申請了專利。后來。瓦特又發(fā)明了雙向氣缸。瓦特新型蒸汽機(jī)的效率是過去紐科門蒸汽機(jī)的3倍。1794年，瓦特與博爾頓合伙組建了專門制造蒸汽機(jī)的公司。不但享有多種專利保護(hù)，而且享有像出版業(yè)那樣的“版稅”（每位安裝蒸汽機(jī)的客戶都要繳納一定數(shù)量的費(fèi)用）。就像我國現(xiàn)在的“初裝費(fèi)”。在博爾頓的成功經(jīng)營下。到1824年。公司共生產(chǎn)了1165臺蒸汽機(jī)。瓦特與博爾頓賺得盆盈缽滿。雖然瓦特對商業(yè)經(jīng)營缺乏興趣。但他有優(yōu)秀的合作伙伴——博爾頓。他們的合作一直延續(xù)到下一代。成為世交。博爾頓與小詹姆斯·瓦特繼續(xù)合作。同時(shí)吸收了威廉。默多克為合伙人。保證了公司的持續(xù)成功。

瓦特改進(jìn)的蒸汽機(jī)是一項(xiàng)偉大發(fā)明。是第一次工業(yè)革命的主要標(biāo)志。推動了社會及科學(xué)的進(jìn)步。蒸汽機(jī)成為幾乎所有機(jī)器的動力。使手工業(yè)逐步進(jìn)化為機(jī)器大工業(yè)。

與瓦特的幸運(yùn)相比。英國另一位發(fā)明家、礦業(yè)工程師理查德·特里維?？司褪且晃槐瘎∮⑿?。特里維?？瞬辉附患{瓦特蒸汽機(jī)的“版稅”。決定自己改進(jìn)蒸汽機(jī)。引入高壓蒸汽。特里維希克在1804年發(fā)明了世界上首輛可以實(shí)際運(yùn)作的蒸汽機(jī)車。但他的蒸汽機(jī)過于笨重。也沒有吸引到足夠的投資。無法及時(shí)投入商業(yè)運(yùn)行。他在1805年至1809年間曾聯(lián)合同鄉(xiāng)的礦工嘗試挖掘穿越泰晤士河的水底隧道。也因?yàn)闆]有做好處理河床下松軟泥土的準(zhǔn)備而宣告失敗。實(shí)用的蒸汽機(jī)車由史蒂芬森于1814年試制成功。

總結(jié)一下蒸汽機(jī)的改進(jìn)與商業(yè)成功。下列兩大因素非常關(guān)鍵：一是“月亮社”的組建，實(shí)業(yè)家與實(shí)驗(yàn)家、哲學(xué)家等志同道合者定期相聚交流。強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合：二是有風(fēng)險(xiǎn)投資、專利保護(hù)與稅收分紅。這保證了技術(shù)進(jìn)步與發(fā)明創(chuàng)造的可持續(xù)性。

責(zé)任編輯 彭德利