杰姆斯·瓦特(1736~1819),英国著名科学家和发明家。他自幼体弱多病,在中学毕业前夕,由于家庭变故,失去了上大学的机会,到格拉斯哥和伦敦做了一年的学徒。后来回到家乡,在格拉斯哥大学开设教学仪器店。于1764年初次接触到一台最初级的纽(niǔ)科门蒸汽机之后,便一直从事蒸汽机的发明和改进工作。
瓦特一生主要从事蒸汽机的发明与改进。1769年,他因为在最基础的纽科门蒸汽机机身外加一个冷凝器,取得了专利,从那以后直到1790年,他逐步改进蒸汽机,使它配套齐全,切合实用,大大推动了工业的发展。他所发明的实用蒸汽机。不断地被后人发展改进,并应用于各种工业和交通部门,从而使生产方式和生活方式都发生了翻天覆地翻天覆地:形容变华巨大而彻底。的变化。他还从事其他学术活动。1785年,他被选为伦敦皇家学会会员;1806年,格拉斯哥大学授予他法学博士学位;1814年被选为法兰西科学院外国院士。
一个不同寻常的孩子
在英国的苏格兰地区有一个小市镇,叫做格利诺克。镇上有一户人家,男主人叫杰姆斯·瓦特,是一位造船工人,自己开了一家造船厂,女主人叫阿格纳斯,是一位温柔贤淑(shū)的主妇。
1736年1月19日,女主人生下了一个男孩子,夫妇俩十分高兴,但看着这个皮包骨头瘦弱的孩子,又不免暗暗担心。
为了让这个孩子将来能像他父亲一样强壮,夫妇俩给他取了个和父亲一样的名字——杰姆斯,平时都亲昵地叫他杰米。
由于母亲细心的照料,这个瘦弱的孩子总算没有夭折,一天一天地长大了。
幼年的时候,他体质很弱,经常头痛,到10岁时,还经常偎在母亲身边,不去学校读书,而由母亲教他认字和数学。瓦特上学后,他的学习成绩并不好,而且,体育也很差。他不喜欢和同学在一起玩,讨厌剧烈的活动,常常一个人坐在一旁沉思默想,同学们说他是有神经质的“呆子”。多数老师也认为瓦特“不爱学习”,说他是“学习劣(liè)等生”。
有一天,瓦特到姑母家去玩,在那里吃晚饭,吃到一半的时候,看见壶里的水开了,蒸汽把壶盖冲得噗噗(pū)作响,这种现象吸引了他。他目不转睛地盯着壶盖,在炉旁待了一个多小时。他觉得奇怪,这是怎么回事?便忘了吃饭,拿着玻璃杯,放在壶口,想了很久。姑妈看见了,说他是“傻孩子”。可谁料想得到,瓦特后来发明蒸汽机,就是从这件事受到启发的呀!
父亲的工厂里面,除了人家订制的各种船上用具之外,还有许多装饰船头用的雕刻物、炮架、滑车等,零零碎碎地堆满了各个角落。东西又杂,厂房又小,所以工厂里简直零乱不堪。
但这却是杰米经常来玩的地方。父亲一看到小杰米老在机械四周走来走去,总是把他抱开。可是过一会儿他又跑回来,用木屑(xiè)或碎板当做玩具,玩个不停。
父亲没有办法,只得把一个小工具箱给了杰米。杰米有了这些东西,马上就像工人那样,很熟练地使用起这些工具来。
因此,杰米进数学班以后,就能轻而易举地用圆规或定规制出精美的模型来了。
有一天下班以后,工人们都回去了,可是工厂内却还隐隐约约传来敲敲打打的声音。
“咦,这是怎么回事?”
父亲悄悄地把工厂的门打开,只见光线微明的窗边,杰米正弯着身子,蹲(dūn)在工作台上工作!
不知道什么时候学来的功夫,他的动作竟像个熟练的工人,这让父亲不禁大吃一惊。
“杰米!”父亲喊着。
“哦,爸爸!?”
“你在做什么?”
“这个……这是爸爸的起重机。”杰米说着就笑了起来。
原来他在学着做爸爸用来安置在码头上的起重机。
“嗯!做得倒也不错,但是这个地方应当这样。”
就在小杰米即将从中学毕业的时候,家里人打算送他去上大学,可这时却发生了一件出人意料的事。
父亲杰姆斯的一只可以跑远洋的大帆船在海上被风浪打碎了。船上损失货物的赔偿,还有船员们的死亡抚恤抚恤(fǔxù):(国家或组织)对因公受伤或致残的人员,或因公牺牲以及病故的人员的家属进行安慰并给以物质帮助。,所有这一切,都要落到他这个船主身上,更令人悲痛的是,小杰米的弟弟约翰也在海难中丧生了。杰姆斯只好变卖家产,该赔偿的赔偿,该抚恤的抚恤,咬着牙把这个苦果吞了下去。
母亲阿格纳斯听到儿子在大海上遇难的消息后,悲痛欲绝,一病不起,不久就告别了人世。
小杰米再也不能像以前那样悠闲地读书了,大学梦也随之破灭了,他已渐渐地到了不得不思考如何自立的年龄。
漫漫发明路
1757年,瓦特21岁的时候,到格拉斯哥大学当维修工人,负责修造教学仪器。这是他一生中的重大机遇。在学校里,他认识了化学家布莱克,还有后来成为物理学家的鲁宾逊,三个人成了好朋友。瓦特从他们那里学到了很多科学知识,同时对蒸汽机发生了浓厚兴趣。
那个时候,英国人已经开始使用蒸汽为动力的机器了。1698年,英国人塞维利制造了第一台蒸汽泵(bènɡ),用蒸汽把水压到高处,推动机器转动。后来到了1705年,有个叫纽科门的铁匠,又在此基础上,制出了第一台蒸汽机,很快被工业部门采用,并传到欧洲各国。可是这种蒸汽机消耗的燃料特别多,功率也低,使用起来也不方便。
由于天文系在格拉斯哥大学是新近才设立的,所以杰米所修理的仪器,在该校来说,还是件稀罕的东西。
因此,常有拿着实验仪器来问瓦特的教授:“对不起,瓦特先生,请你帮我看一看。”
瓦特的自信心越来越强了。
随后,他回家与父亲商量;在学校附近开了个教学仪器店。
这件事,对瓦特的人生道路有着重大的影响,使他这一位普通的工人,迈进了大学的校门。
瓦特的店铺设在大学的角落里,但正好处在街边,校外的订货可以自由出入。
每天早晨,在学校还没开门之前,瓦特就已经把店门打开,努力地工作了。
不知不觉中,这里就成了教授和学生们的俱(jù)乐部了,他们都喜欢与这位纯朴、乐天、坦率,且见地又与众不同的年轻人交往,并且,在瓦特的店里,他们可以方便地看到各种器械模型。
这一天,鲁宾逊来找瓦特,对瓦特说:
“瓦特先生,我有一个特别的生意想和你谈谈!”
“噢?什么特别的生意!”瓦特好奇地问。
鲁宾逊说:“你知道,在古代,人类尚未具有高智慧的时候,只知道凭借自身的力量办事,到人类渐渐地变聪明后,就想到利用动物的力量了。
“譬(pì)如说搬运东西,最初人类是把东西扛在肩背上来搬运的,到了明白把东西放在车子上用马来拉的时候,人类的力量已增加了几倍,甚至几十倍了。
“但是这还不行,除了动物之外,必须再想出其他更强的动力来移动车子。究竟有没有这种动力呢?”
说完,鲁宾逊等待瓦特的答复,可是一看到瓦特默然不语,鲁宾逊又继续说下去。
“有的,我想是有的,那就是蒸汽的力量。我想,用蒸汽来推动的车子一定会被发明出来的。”
瓦特把眼睛睁得圆圆的,望着他的脸,可是鲁宾逊越讲越有劲儿,又继续说了下去。
“用蒸汽来推动车子的构想虽然让人感到诧异,可是那绝不是梦想啊!不是早就有纽科门所发明的抽水蒸汽水泵(bènɡ),被人们普遍使用着吗?使用于抽水的动力,和用做推动车子的动力原理是相同的啊!”
“你说得挺有道理。”瓦特听得津津有味津津有味:形容有滋味;有趣味。。“事实上,我不过是今天才学到有关纽科门蒸汽机的知识的,虽然对于它的原理与构造方面都已有所了解,但是,这种了解是无济于事的。要想从中产生一种新的东西来,非得具有非凡的想象力与发明能力。
“瓦特先生,只要我们两人肯合作,哪有办不到的事情?你想不想尝试以蒸汽推动车子的发明呢?”
“当然想!”瓦特对这一新的目标产生了浓厚的兴趣。
第二天,他马上跑到格拉斯哥大学的图书馆,找出有关蒸汽机械的书籍,然后根据原理并开始实验起来。
他设法找到一个蒸煮器(就是现在高压锅的最初的雏形),把它用作产生蒸汽的装置,他把一个装有密封活塞块的小注水器连接到蒸煮器上,并在蒸煮器和注水器之间装上一个阀门,这个阀门可以朝上、下两个方向转动;根据阀(fá)门的转动方向,既能使蒸汽进入汽缸(ɡānɡ)(即小注水器),也能把它全部排放出去。
瓦特将阀门扭动,蒸汽进入汽缸,小活塞被蒸汽往上顶,这股力居然能举起7公斤重的东西。
“啊,动起来了!动起来了!”瓦特和鲁宾逊都控制不住自己的惊喜。
正当他们打算同心协力大干一场的时候,鲁宾逊毕业了,他要去海军服役,离开了格拉斯哥大学。瓦特只好独自继续蒸汽机械的研究。
了解了蒸汽机械的历史,瓦特迫切要看到的就是纽科门的机械了。
刚好就在这个时候,瓦特听说格拉斯哥大学的标本室里,有一架纽科门机械的模型。
瓦特就把这个模型带回店铺去了,这是他第一次看到纽科门机的模型。
瓦特马上把模型机械一一拆(chāi)开,这是他一向的作法。直到领会了它的构造和操作方法之后,瓦特才将损坏的地方完全修好,再好好地装配起来。
瓦特迫不及待地生起了火,把火放在锅炉底下,想转动模型看看。
水一开就冒出许多蒸汽来,扭动阀门,蒸汽就进入了那个小汽筒内,咕咚咕咚地开始转动了起来。
“啊!动了!动了!”但是奇怪的是活塞只动了三四下就停止了。
“咦!怎么回事?”瓦特又重新试验了一下,但结果还是一样。
三次、四次、五次……做了好几次,活塞仍然半途就停了下来。
“奇怪!这是什么缘故呢?”瓦特在想。
他立刻到图书馆去翻查书本,看什么地方有问题,但是却得不到结果。要想弄清这个问题,除了再次实验之外,别无他途。
瓦特把模型机械的各部分又重新检查了一番,在经过好几次同样的试验之后,终于发现了问题所在。汽筒是用黄铜制的,这样使加热和冷却都比较慢。应该采用铁制的汽筒。
另外,更重要的一点是:无法使机器顺利转动的原因是汽筒的温度问题。蒸汽一遇冷就立刻凝结起来,所以,最初把蒸汽从锅炉输送到汽筒里去的时候,为了不使蒸汽无谓的凝结,汽筒就必须保持在摄氏100度以上。
可是要想把满汽筒的蒸汽凝结,使之成为真空,则又得把汽筒的温度下降到常温,也就是摄氏15度以下了。
在汽筒内喷射冷水,目的就是为了促使温度迅速下降,使蒸汽早点凝结。也就是说,汽筒必须不断地被加热和制冷。