蒸汽机的发明——瓦特的故事

瓦特于1736年1月19日出生在格拉斯哥。瓦特的父亲是个贫穷的木匠。他整天像牛一样努力工作。他的母亲负责家务。整个家庭充满了痛苦和悲伤。因为他出生在这样一个贫穷的家庭，瓦特的童年非常虚弱，瘦弱，贫穷和生病，这使他失去了在学校学习的机会。过了很长时间，他周围的孩子也对他不感兴趣。看到他不上学，无所事事，他们经常嘲笑他，称他为"懒孩子"和"病包子"。瓦特非常不高兴。瓦特非常骄傲。他不想这样浪费他的童年。他要求阅读，渴望学习。在他的强烈要求下，他的父母不得不承诺他们会花时间教他读书写字，有时会帮他学一些算术，不管他在春天、夏天、秋天和冬天有多累多累。通过这种方式，尽管瓦特在童年时学到的知识很少，但他牢牢记住了这些知识，有时还会从其他例子中得出结论。当他大约六七岁的时候，有一天，一个客人来看望他的父亲。聊天时，客人看到瓦特用粉笔在地板和炉子上画圆圈和直线。客人关切地对他的父亲说，“你为什么不送你的孩子去学校学习一些有用的课程呢？在家画画不是浪费时间吗？”父亲立刻笑着回答，“先生，仔细看看。你认为我的孩子在画什么？”客人迷惑不解，好奇地走过去，仔细看了一会儿，然后突然意识到，"啊，原来是这样！"这孩子画了圆形和方形的平面图。这不是浪费，这是一个几何问题。”之后，他赞许地拍了拍瓦特的肩膀。

瓦特性格倔强，这表现在他对文化和科学知识的追求上。在达到目标之前，他从不放弃。

随着智力的发展，瓦特对一些客观存在的事物产生了浓厚的兴趣，变得好奇和好奇。这为他后来发明蒸汽机奠定了良好的基础。在瓦特的家乡小镇格林诺克，每个家庭都生火烧水做饭。谁为这样一件普通的事留下了一颗心？有一次，瓦特正在厨房看他的祖母做饭。炉子上放着一壶开水。沸水在沸腾。锅盖啪的一声打开了，不停地敲打着。瓦特观察了半天，觉得很奇怪。猜不出为什么，他问他的祖母，“是什么让盖子跳起来的？”祖母回答说:“水开了，就这样。”瓦特不满意地问道:“为什么盖子打开时，水会跳动？有什么东西在推动它吗？”也许祖母太忙了，不耐烦地说:“我不知道。孩子们问这些问题有什么意义。”瓦特在他祖母家没有找到答案。相反，他受到了不公正的批评。他感到很不舒服，但他没有灰心。一连好几天，每当做饭时，他都蹲在炉子旁边仔细观察。起初，水壶的盖子很稳定。过了一会儿，水要开了，发出很大的声音。这时，水壶里的水蒸气出来了，推动水壶的盖子往下跳。蒸汽不断上升，壶盖不断跳动，就像一个魔术师在里面变戏法一样。瓦特很高兴，几乎要哭出来了。他揭开并盖上水壶的盖子，盖子被一次又一次地揭开来验证。他还在蒸汽喷出的地方盖上了杯子和勺子。瓦特终于意识到是水蒸气推动了水壶的盖子。水蒸气的力量真的不小。正当瓦特兴高采烈的时候，祖母又开口了:“你这个忘恩负义的孩子，水壶有什么好笑的？走开！”他的祖母过于急躁和主观，这种随意的评论几乎挫伤了瓦特的自尊和对科学知识的热情。老头，我一点也不明白瓦特的心。我不知道有多少水蒸气激发了瓦特！难道蒸汽推动盖子来敲打蒸汽机的物理现象不是瓦特理解的来源吗？

瓦特努力学习，有时熬夜。当他15岁的时候，他学习了一些关于技术和物理的书籍，并且已经有了一些自然科学的知识。他喜欢天文学，经常独自躺在草地上观察天上的星星。他喜欢制作模型，如小型起重机、小型起锚机、小型水泵和船上使用的各种物品。他几乎做了所有的事情，有些已经做了很多次了。受孩子求知欲的感动，父亲慷慨地给了瓦特一套他用了多年的木工工具以示支持。瓦特用这些工具和他的知识试验了一台发电机器。这种机器在旋转时能发出耀眼的火花，还能产生一种电流，这种电流接触身体，有很强的刺激感。邻居的孩子觉得既新奇又神秘，说瓦特很了不起。老年人也称赞瓦特，说他取得了巨大的成就。瓦特的学习和生活是多么有趣啊！然而，世界上经常有一些事情不取决于人们的主观愿望。当瓦特18岁时，他的家庭生活变得更加困难，几乎到了崩溃的地步。生活所迫，他不得不出国谋生。当他离开家的时候，他穿着破衣服，只带了一个手提箱。除了唯一的旧背心和一双袜子，手提箱的其余部分只有工具和破旧的围裙。起初，瓦特去格拉斯哥学习如何在数学仪器商店制造仪器。这份工作令人满意，非常方便，而且可以向老人学习一些技能。但是老板对瓦特既吝啬又刻薄。这种生活方式不能解决家庭的困难。不久，他和一位老船长一起到达伦敦。我原以为去伦敦会更好，但没想到，我遇到了麻烦。瓦特几乎每天都在街上闲逛找工作。也许人们看到他的脸太憔悴了，许多天没有人收留他并雇用他。作为最后的手段，他在一家钟表店以无薪的特殊条款歇脚了。伦敦的寒酸生活摧毁了瓦特脆弱的身体，使他失去了年轻的活力。但这也磨练了他的毅力。过了一段时间后，瓦特离开了那家敲碎骨髓的手表店，回到了格拉斯哥市。当瓦特到达格拉斯哥时，他计划开一家制造数学仪器的小店。在规划过程中，他遇到了其他业主的困难和障碍，但这些困难和障碍并没有实现。幸运的是，当瓦特有危险时，他得到了该市一位大学教授的帮助。教授把格拉斯哥大学的房子借给了他，让他为大学修理科学仪器。在这所大学，他遇到了一些教授和学者，读了一些科学书籍，打开了科学知识宝库的大门。他对知识的渴望得到了满足。在这里，他恢复了他的身体和青春。瓦特只有二十岁。坎坷的道路让瓦特看到了世界上的辛酸和不公。然而，他并不气馁。他想通过高尚的劳动来迎接新的希望和光明。

瓦特生活在一个历史变革的时代。第一，政治变革，君主专制变成了**；第二是经济改革，家庭手工业变成了工厂机器。前者领导法国，而后者领导英国。在这个时代，虽然发明了原始蒸汽机，但它只能应用于玩具。最好的是纽科门发明的利用蒸汽膨胀力推动活塞的机器。虽然它比手动推动一个蒸汽汽缸快得多，但仍比一台完整的蒸汽机小许多倍。有一次，格拉斯哥大学的纽科门蒸汽机出了故障，瓦特被要求修理。他像熟练的技工一样修理它。在修理过程中，瓦特爱上了这台机器。他真诚地希望重振这台机器，让它变得完美。修理后，瓦特把水放进锅炉，机器就启动了。然而，几分钟后它停止了。为什么？经过仔细考虑，瓦特发现这种机器有非常严重的缺陷，即汽包暴露在外，周围的冷空气使其温度逐渐下降，蒸汽被注入其中，在汽包变热之前，其中一部分变成了水。为了使蒸汽缸再次变热，需要消耗大量的蒸汽，因此，经过反复的冷却、加热和冷却循环后，只有四分之一的蒸汽可以工作，其余四分之三的蒸汽将被浪费掉。这是多么不经济的蒸汽机啊！这个问题已经提出来了，值得我们注意。一向善于思考和学习的瓦特怎么能被释放呢？他想:解决问题的方法必须从保持蒸汽缸的温度开始。但是你怎么保存它呢？他一边念叨，一边想。有时我看书，有时我和别人聊天，有时我独自在房间里画画。很久以后，当他在格拉斯哥大学的草坪上散步时，他突然想出了一个解决办法。如果在汽包外部安装一个“单独的冷凝器”，蒸汽可以在“冷凝器”中转化为水，汽包不会冷却和浪费热量。瓦特恍然大悟，立即回到修理室开始工作。他不睡觉不吃饭地学习，日以继夜地实验，克服了许多困难，最终制成了“分离冷凝器”。这是瓦特对蒸汽机的最大贡献。1769年，瓦特把蒸汽机变成了功率更大的单作用发动机。后来，经过多次研究，新蒸汽机的试生产于1782年完成。通过机器上的连杆装置，单作用式变成了旋转运动，并成功地发明了完美的蒸汽机。新的蒸汽机和发达的煤铁工业使英国成为世界上第一个用蒸汽推动铁制海船的国家。19世纪，海上运输改革开始，一些国家进入了所谓的“汽船时代”。从那时起，船只可以在茫茫大海上航行。随后，煤矿、工厂和火车也都使用了蒸汽机。体力劳动已经解放，经济已经发展。这不能不说是蒸汽机发明的结果，当然也是发明家瓦特的贡献。因此，瓦特闻名于世。

瓦特的生活充满了艰辛和奋斗。他走了一条多么崎岖的路啊！他在艰难困苦中造福人类。瓦特非常重视学习和实践。学习丰富了他的智慧。实践产生了丰硕的成果。

摘自清华出版社授权的《科学技术史与方法论》

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