第14章 手工业向机器工业变革的强大杠杆——1765年蒸汽机的发明

蒸汽机的发明，第一次大规模的把热能转变为机械能，不仅直接推动了科学基础理论的深入和纺织、采矿和冶金等技术科学的发展，更推动了工业革命以更加迅猛的声势向前发展，并深刻地改变了当时的阶级关系和社会面貌。

（1）蒸汽机的发明史

早在公元前120年，希腊人希隆曾制作了一个被称为“小汽轮”的装置，它是一个装有两个弯管喷嘴的空心铜球，喷管与球的轴成直角，各弯向相反的方向。蒸气通过金属导管从汽化皿传到球中，再由喷嘴喷出时，球体便绕轴转动，这是以蒸气为动力的汽轮机的雏形。

又经过了1800多年，到17世纪50年代，在托里拆利、帕斯卡等物理学家的共同努力下，首次获得了真空，并实现了对大气压强的测量。17世纪末，英国完成了资产阶级民主革命，工业有了前所未有的发展，对于燃料的需求量剧增，煤矿开采的规模越来越大，但面临的尖锐问题就是如何解决矿井的积水问题。很多工程师都在潜心研制可用于生产的非人力抽水机。到1698年英国工程师萨维利在抽气机的原理基础上制造了第一台用蒸气作为动力的抽水机。萨维利于1698年取得了发明专利，也生产出一些机器用于矿井抽水，但由于机器结构不合理，故工人操作不便，劳动强度很大，能量损耗很多，抽水效率极低。

在萨维利机用于矿井的同时，法国物理学家巴本也设计出一种利用蒸气的动力机，在汽缸里加上了可移动的活塞，活塞的出现，拓宽了蒸汽机的应用范围。到了18世纪，英国人纽可门综合了萨维利机和巴本机的优点，于1705年～1706年制成了纽可门蒸汽机。纽可门机较之萨维利机可更为方便地用于矿井抽水。他采用了杠杆、链条等装置，利用杠杆的摇臂使吸筒抽水做功。虽然纽可门后来作了许多改进，但基本原理仍和萨维利机一样，使用喷水的办法来冷却汽缸，以达到冷凝蒸气的目的，因此，纽可门机的热效率依然很低。即使如此，由于工人操作纽可门机的劳动强度较之萨维利机减少35了，因此在当时纽可门机已广泛应用于矿井抽水和农田灌溉等方面。

（2）瓦特制成改良的蒸汽机

瓦特于1736年1月19日出生在苏格兰的格林诺克镇。格林诺克镇位于当时造船业很发达的格拉斯哥城附近。瓦特的父亲是一位水平很高的造船技师和建筑师。少年瓦特看到和接触的机械较多，并对机械产生了兴趣，经常用父亲的工具、机械零件拼装一些小玩意儿。1755年从格拉斯哥到了伦敦，在一家钟表店当学徒。由于他勤奋好学，在短短一年时间里，除了学会修理钟表之外，还学会修理一些像方位仪、经纬仪那样的航海仪器和其他仪表。瓦特于1757年到了格拉斯哥大学当了一名修理教学仪器的技工。由于格拉斯哥大学的仪器设备和模型在当时是比较先进的，瓦特通过修理这些仪器，在技术上有了很大的长进。同时在大学里，他遇到了不少的科学家和工程师，使他有机会请教学习了一些理论。

1763年，格拉斯哥大学从伦敦买了一台纽可门机的教学模型，运转不灵。1764年，瓦特接了修理这台机器的差事，他在修理这台机器的过程中感到，纽可门机的冷凝装置很不合理。瓦特经过一段时间的思考摸索后认为：要克服纽可门机的最大缺点，合理的办法就是只冷凝蒸气，而不冷却汽缸。要做到这一点，就应将蒸气冷凝过程移出汽缸，增加一个与汽缸分开的冷凝器，将蒸气的冷凝过程在冷凝器中进行。这是一项重大的发明。1765年5月，瓦特决定改进蒸汽机的想法，得到了格拉斯哥大学著名化学教授布莱克的支持，并取得了学校的实验经费。在翻砂工罗伯克的帮助下，瓦特设计制成了一台试验性的机器。由于这台机器采用了冷凝器与汽缸相分离的设计，使得蒸汽机的效率大为提高。又经过了很多次试验改进，到1776年，36瓦特制造安装了两台实用机器，一台安装在一个煤矿中用于抽水，另一台为一家炼铁厂的高炉鼓风。此后的5年时间里，他又安装了一些用于铜矿和锡矿的抽水机。这期间瓦特并没有间断对蒸汽机的研究和实验。1782年，瓦特进一步改进了汽缸的结构，制成双冲程的蒸汽机，这样蒸气可以从汽缸的两头分别进入汽缸，由蒸气来推动活塞做往复运动，彻底改变了纽可门机利用大气压力推动活塞的情况，变单动为双动。后来，瓦特又对蒸汽机进行了几项较大的革新，1784年为了便于速度变换，他把纽可门的杠杆转动改变为曲轴和齿轮转动，使活塞的直线运动变为圆周运动，从而制成了能够连续转动的、双动通用蒸汽机。这种蒸汽机经济、有效，获得了广泛应用。4年后，为了能自动控制蒸汽机的速度，他发明了离心调速器。1790年他又发明了测量蒸汽机压力的压力计。至此经过瓦特不懈的努力，现代蒸汽机就基本完成了。为此，瓦特整整花去了25年的时间，为之后一个多世纪世界工业的迅猛发展，作出了历史性的巨大贡献。

蒸汽机是由萨维利、巴本、纽可门、瓦特等人为代表的几代科学家共同发明的。只是在改进蒸汽机的结构、提高蒸汽机的效率、促进蒸汽机的广泛应用方面，瓦特贡献更大，影响更广。因此我们称瓦特为现代蒸汽机之父是毫不过分的。

（3）推动世界发展的蒸汽机

19世纪30年代至40年代，蒸汽机在欧洲和北美被广泛采用，这就是所谓的“蒸气时代”。瓦特逝世于1819年，后人为了纪念他的伟大发明，把发电机和电动机的功率计算单位称为“瓦特”。现代家庭用的电灯、电暖器、电熨斗的功率都称为“瓦”，那是“瓦特”的简称，也是为了纪念他为37人类作出的杰出贡献。

纽可门蒸汽机问世以后，就被广泛的应用于社会生产的各个行业。但是在世界上引起重大变革的是瓦特蒸汽机。当然，瓦特蒸汽机的历史影响是在它问世后半个多世纪内逐渐发生的。然而，它的历史影响正是以它的发明问世为历史起点的。从18世纪80年代初开始，以蒸汽机为主要标志的第一次工业革命，首先在英国，然后在西方各国迅猛发展起来。

在生产方式上，瓦特蒸汽机的发明，为最终实现由工场手工业向机器大工业的变革提供了强大的杠杆。自此之后，首先在英国，其后在法国、德国、荷兰、瑞典等国家，都先后实现了由工场手工业转变为机器大工业的这场生产方式的大变革。由于生产方式的变革，整个社会生产面貌也为之一新。当瓦特蒸汽机革新成功以后，英国当时正急切需要动力的第一次工业革命得到了适用广泛的强大的动力机，从此，第一次工业革命以更加迅猛的声势向前发展。

瓦特蒸汽机的发明，也为生产关系的革命提供了有力的杠杆。自此之后，由于机械大工业的迅速发展，社会日益分成两大明显对立的阶段：无产阶级和资产阶级。机器大工业把无产阶级一次又一次抛向街头，无产阶级革命也就一次又一次发生，从而把西欧一些主要资本主义国家推向了一个新的社会发展阶段。