是谁发明的蒸汽机把人类带进了蒸汽时代

蒸汽机技术还处于起步阶段，爱德华·萨默塞特、托马斯·扎维利、法国哲学家约翰·达萨加·李尔都是蒸汽技术研究的先驱。他们的研究激发了纽科门和詹姆斯·瓦特发明实用的蒸汽动力机器。

托马斯·纽科门(1663年2月28日-1729年8月5日)是英国达特茅斯的一名铁匠。他组装了第一台现代蒸汽机的原型。他在1712年发明的大气蒸汽机被称为纽科门蒸汽机。

纽科门的蒸汽机有一个汽缸和一个活塞。当蒸汽进入汽缸时，活塞向上移动，到达汽缸顶部。一个装置加入冷水来冷却钢瓶。充满蒸汽的气缸冷却后，蒸汽凝结，在气缸中产生true 空，并将活塞拉回底部。通过这种圆周运动，另一边的水泵被杠杆拉动。因为活塞每推一次，气缸内的蒸汽都要先冷凝，然后拉回活塞再加热进行下一次推动，这样蒸汽80%的热量都花在维持气缸温度上了。纽科门发明的蒸汽机效率低。纽科门的蒸汽机自发明以来的五十年里没有取得多大进展。它一直在矿井中抽水，但即使在正常工作条件下，也无力应对不断增加的水量。随着矿井越挖越深，他们无法应对矿井中越来越多的地下水，这对当时的矿工来说是一个死亡陷阱。

纽科门蒸汽机图

瓦特于1736年1月19日出生在苏格兰的格里诺克。他没受过什么正规教育。21岁时，他在格拉斯哥大学找到了一份修理科学仪器的工作。一天，苏格兰科学家约翰·安德森请瓦特修理纽科门大学的水泵。瓦特想出了一个改进纽科门蒸汽机的方法。新蒸汽机提高了效率，同样的功率只需要以前蒸汽的三分之一。为了使新型蒸汽机商业化，瓦特花费了大量的精力和时间继续对其进行改进。他设计了一个可以从两侧吸入空气的气缸，并通过与飞轮相连的阀门控制进气方向。776年，第一批新式蒸汽机开始用于实际生产，主要用于矿山抽水。由于其可靠性和高效率，他们为瓦特和他的合作伙伴赢得了大量订单，新型蒸汽机被广泛应用于矿山。

1765年，织布工哈格里夫斯发明了“珍妮纺织机”。此后，纺织业大规模发展。当时人们的主要动力来源是水力。很快，许多工业部门，如采煤和冶金，都有了机器生产。机器越来越多，原有的水力、风力、畜力已经不能满足需求，行业急需一种可靠的发动机来解决动力问题。瓦特的合作伙伴博尔顿希望蒸汽机能进入这些工厂赚取新的利润，但蒸汽推动活塞在气缸中往复运动。为了将活塞的往复运动转化为飞轮的旋转运动，瓦特发明了太阳和行星齿轮来解决专利问题。这个巧妙的装置在抽油杆的末端有一个齿轮，抽油杆绕着传动轴上的旋转齿轮旋转。新蒸汽机已被广泛用于为大多数机器提供动力。博尔顿和瓦特的钢铁厂以蒸汽机为动力，成为世界上第一个机器工厂。到1800年，英国的棉纺厂、毛纺厂和面粉厂都使用了瓦特的蒸汽机。这时候瓦特公司基本垄断了蒸汽机行业。

瓦特在1788年制造的蒸汽机

蒸汽机原理说明上图是瓦特的蒸汽机。

在蒸汽机建造过程中，为了解决高压蒸汽的安全问题，瓦特还发明了蒸汽压力计。

这个图只是示意图，不是瓦特发明的压力表。

为了防止蒸汽机在气压过高时转速过快，瓦特还发明了离心调速器。这是一个非常精致的装置，通过旋转重锤的开口来控制蒸汽的大小(见上图)。如果转速过快，重球会因离心力而上升，通过拉杆与蒸汽阀相连，减少蒸汽的进入，使蒸汽机减速。转速过慢时，重球因自身重力下落，蒸汽阀开度变大，蒸汽机加速，从而将蒸汽机转速控制在一定范围内。这是世界上最早的自动控制装置。

离心调速器示意图

博尔顿和瓦特的钢铁厂以蒸汽机为动力，成为世界上第一个机器工厂。到1800年，英国的棉纺厂、毛纺厂和面粉厂已经使用了博尔顿和瓦特发动机。此时博尔顿和瓦特基本垄断了蒸汽机行业。新型蒸汽机迅速得到广泛普及，所有工厂都需要一台瓦特蒸汽机通过皮带为所有设备提供动力。1788年，威廉·赛明顿建造了一艘由瓦特蒸汽机驱动的双体船，并横渡了达尔斯温顿湖。1804年，理查德·特里维希克用瓦特蒸汽机制造了世界上第一辆矿用蒸汽机车。1817年，斯蒂芬森进一步改进了蒸汽机车，将铁路和火车商业化。从那时起，轮船和机车连接了整个世界，缩短了旅行时间。蒸汽动力工厂的产量翻了几番。詹姆斯·瓦特的贡献大概远远超出他的想象。

瓦特死后63年，英国协会以瓦特命名了功率单位瓦特。

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