詹姆斯·瓦特

詹姆斯·瓦特

蒸汽机发明家
詹姆斯·瓦特(James Watt,1736年1月19日—1819年8月25日)英国发明家,第一次工业革命的重要人物。[1]他是英国皇家学会院士,爱丁堡皇家学会院士,是苏格兰著名的发明家和机械工程师。1776年制造出第一台有实用价值的蒸汽机。他开辟了人类利用能源新时代,标志着工业革命的开始。
    中文名:詹姆斯·瓦特 外文名: 别名: 民族:苏格兰人 出生地:苏格兰格拉斯哥格林诺克镇 毕业院校: 职业: 代表作品: 主要成就: 英文名:James Watt 出生年月:1736年1月19日 去世年月:1819年8月19日

个人简介

他改良了蒸汽机、发明了气压表、汽动锤。后人为了纪念他,将功率的单位称为瓦特,常用符号“W”表示。

童年时代的瓦特曾在文法和格拉斯哥大学学校念过书,然而没有受过系统教育。瓦特在父亲做工的工厂里学到许多机械制造知识,以后他到伦敦的一家钟表店当学徒。1763年瓦特到格拉斯大学工作,修理教学仪器。在大学里他经常和教授讨论理论和技术问题。1781年瓦特制造了从两边推动活塞的双动蒸汽机。

英国皇家学会会员和法兰西科学院外籍院士。他对当时已出现的蒸汽机原始雏形作了一系列的重大改进,发明了单缸单动式和单缸双动式蒸汽机,提高了蒸汽机的热效率和运行可靠性,对当时社会生产力的发展作出了杰出贡献。他改良了蒸汽机、发明了气压表、汽动锤。。

在瓦特的讣告中,对他发明的蒸汽机有这样的赞颂:“它武装了人类,使虚弱无力的双手变得力大无穷,健全了人类的大脑以处理一切难题。它为机械动力在未来创造奇迹打下了坚实的基础,将有助并报偿后代的劳动。”

履历年表

1755年瓦特离开苏格兰,到伦敦寻求仪器制造匠的培训。他被康西尔的约翰•摩根所接纳。

1757年格拉斯哥大学任命瓦特为其正式:“数学仪器制造师”并在校园里安排了一个车间。

1763-1765年瓦特在修理纽科门泵时,设计冷凝器解决效率低的问题,罗巴克把瓦特的发明用于商业上。

1774年瓦特将自己设计的蒸汽机投入生产。

1776年博尔登-瓦特蒸汽机在波罗姆菲尔德煤矿首次向公众展示其工作状态。

1782年瓦特的双向式蒸汽机取得专利,同年他发明了一种标准单位:马力。

1800年瓦特蒸汽机专利期满。与博尔登合作结束,64岁瓦特退休。

1819年8月25日詹姆斯•瓦特逝世,享年83岁。

人物生平

早期

瓦特在1736年1月19日生于苏格兰格拉斯哥附近,克莱德河湾(FirthofClyde)上的港口小镇格林诺克(Greenock)。瓦特的父亲是熟练的造船工人并拥有自己的船只与造船作坊。瓦特的母亲Agnes Muirhead出身于一个贵族家庭并受过良好的教育。他们都属于基督教长老会并且是坚定的誓约派。

瓦特小时候因为身体较弱去学校的时间不多,主要的教育都是由母亲在家里进行。瓦特从小就表现出了精巧的动手能力以及数学上的天分,并且接受了很多苏格兰民间传说与故事。

瓦特17岁的时候,母亲去世了,而父亲的生意开始走下坡路。瓦特到伦敦的一家仪表修理厂作了一年的徒工,然后回到苏格兰格拉斯哥打算开一家自己的修理店。尽管当时苏格兰还没有类似的修理店,但是由于他没有做够要求的7年徒工,他的开店申请还是被格拉斯哥的锤业者行会(管理所有使用锤子的工匠)拒绝了。

1757年,格拉斯哥大学的教授提供给瓦特一个机会,让他在大学里开设了一间小修理店,这帮助瓦特走出了困境。其中的一位教授,物理学家与化学家约瑟夫·布莱克(Joseph Black)更是成了瓦特的朋友与导师。

1757年,格拉斯哥大学的教授提供给瓦特一个机会,让他在大学里开设了一间小修理店,这帮助瓦特走出了困境。其中的一位教授,物理学家与化学家约瑟夫·布莱克(JosephBlack)更是成了瓦特的朋友与导师。

1767年,瓦特与表妹玛格丽特·米勒(MargaretMiller)结婚,此后他们共养育了6个孩子。

性格

瓦特心思细腻,做事动作迟缓并且非常容易焦虑。他常常会灰心丧气。他会将工作放到一边,感觉好像要彻底放弃了,但他的想象力丰富,总是能想到新的改进方法,以至于很多时候都来不及一一完成。瓦特的动手能力很强,并可以完成系统的科学的测定,以量化自己的革新效果,帮助自己的理解。

瓦特是一个绅士,为其他工业革命时期的知名人士所尊重。他是伯明翰工业家与科学家组织的“月亮社”的重要成员,总是对新的领域表现出极大的兴趣,被认为是很好的社交伙伴。但他对商业经营却基本一窍不通,特别讨厌与那些有兴趣使用他的蒸汽机的人讨价还价或谈判合同。直到他退休时,他都一直对自己的财物状况感到不安。他的合作者与朋友都是些意气相投的伙伴并能保持长久的友谊。

晚年

瓦特在半退休之前也有很多其它发明,比如他发明了一种新的利用望远镜测距的方法,一种新的透印印刷术,对油灯进行了改进,蒸汽碾压机以及延续至今的机械图纸着色法。1800年瓦特的专利与博尔顿的合作到期,他与同年退休。但他们的合作延续到下一代,马修·博尔顿与小詹姆斯·瓦特继续合作,同时吸收了威廉·默多克为合伙人,保证了了公司的持续成功。瓦特退休后曾与他的第二任妻子到法国与德国旅行,并且在威尔士购买了一所住宅。1819年8月25日,83岁的瓦特于英国斯塔福德郡汉兹沃斯(Handsworth,Staffordshire)的家中去世。

家庭背景

他的祖父曾经是一位教师,教授数学、测量学和航海学,父亲原来是个造船技术工人。后来自己经营过造船业和建筑业,做过仪器制造家和商人,还曾经一度担任过小镇的地方行政官。瓦特的父亲是熟练的造船工人并拥有自己的船只与造船作坊。瓦特的母亲AgnesMuirhead出身于一个贵族家庭并受过良好的教育。他们都属于基督教长老会并且是坚定的誓约派。耳濡目染,瓦特从幼年起就随父亲学习各种手艺。他心灵手巧,从小接触和了解了不少技术方面的知识,并养成了一种独立思考和探索奥秘的兴趣和习惯。他的家庭环境对他日后攀登技术高峰起到了一定的作用。

改良蒸汽机

发明历史

实际上瓦特并不是第一个发明蒸汽机的人。公元一世纪,亚历山大·希罗曾设计过类似的机器。1698年,汤姆斯·萨威利获得了用蒸汽机抽水的专利权。1712年英国人汤姆斯·牛考门获得了稍加改进的蒸汽机的专利权。牛考门蒸汽机效率非常低,只能用于煤矿排水。

重大革新

1764年瓦特在修理一台牛考门蒸汽机时,自己对这种机器发生了兴趣。瓦特所做的第一项重大革新就是增加一个独立的凝汽室,于1769年获得专利权。他还使蒸汽缸与外界绝缘,又于1782年发明了双动发动机。连同一些较小的革新一起,这些发明使蒸汽机的效率至少提高了四倍。实际上效率的提高意味着一台华而不实的装置与一台有巨大工业价值的机械之间的差别。1781年,瓦特还发明了一套齿轮,从而使蒸汽机的往复运动变换成为旋转运动。这套齿轮使蒸汽机的用途增多。瓦特又发明了自动调节蒸汽机运转速度的离心式调速器(1788年)、压力计(1790年)、计数器、示功器、节流阀以及许多其他仪器。瓦特本人没有很好的经商头脑。但是他在1775年同一个非常能干的商人、工程师马娄·布尔顿合股成立了一个瓦特—布尔顿公司。该公司生产了大量的蒸汽机,两个股东也都成了富翁。

过程

1764年,学校请瓦特修理一台纽可门式蒸汽机,在修理的过程中,瓦特熟悉了蒸汽机的构造和原理,并且发现了这种蒸汽机的两大缺点:活塞动作不连续而且慢;蒸汽利用率低,浪费原料。以后,瓦特开始思考改进的办法。直到1765年的春天,在一次散步时,瓦特想到,既然纽可门蒸汽机的热效率低是蒸汽在缸内冷凝造成的,那么为什么不能让蒸汽在缸外冷凝呢?瓦特产生了采用分离冷凝器的最初设想。

在产生这种设想以后,瓦特在同年设计了一种带有分离冷凝器的蒸汽机。按照设计,冷凝器与汽缸之间有一个调节阀门相连,使他们既能连通又能分开。这样,既能把做工后的蒸汽引入汽缸外的冷凝器,又可以使汽缸内产生同样的真空,避免了汽缸在一冷一热过程中热量的消耗,据瓦特理论计算,这种新的蒸汽机的热效率将是纽可门蒸汽机的三倍。

从理论上说,瓦特的这种带有分离器冷凝器的蒸汽机显然优于纽可门蒸汽机,但是,要把理论上的东西变为实际上的东西,把图纸上的蒸汽机变为实在的蒸汽机,还要走很长的路。瓦特辛辛苦苦造出了几台蒸汽机,但效果反而不如纽可门蒸汽机,甚至四处漏气,无法开动。尽管耗资巨大的试验使他债台高筑,但他没有在困难面前怯步,继续进行试验。当布莱克知道瓦特的奋斗目标和困难处境时,他把瓦特介绍给了自己一个十分富有的朋友--化工技师罗巴克。当时罗巴克是一个十分富有的企业家,他在苏格兰的卡隆开办了第一座规模较大的炼铁厂。虽然当时罗巴克已近50岁,但对科学技术的新发明仍然倾注着极大的热情。他对当时只有三十来岁的瓦特的新装置很是赞许,当即与瓦特签订合同,赞助瓦特进行新式蒸汽机的试制。

从1766年开始,在三年多的时间里,瓦特克服了在材料和工艺等各方面的困难,终于在1769年制出了第一台样机。同年,瓦特因发明冷凝器而获得他在革新纽可门蒸汽机的过程中的第一项专利。第一台带有冷凝器的蒸汽机虽然试制成功了,但它同纽可门蒸汽机相比,除了热效率有显著提高外,在作为动力机来带动其他工作机的性能方面仍未取得实质性进展。就是说,瓦特的这种蒸汽机还是无法作为真正的动力机。

生产推广

由于瓦特的这种蒸汽机仍不够理想,销路并不广。当瓦特继续进行探索时,罗巴克本人已濒于破产,他又把瓦特介绍给了自己的朋友、工程师兼企业家博尔顿,以便瓦特能得到赞助继续进行他的研制工作。博尔顿当时经四十多岁,是位能干的工程师和企业家。他对瓦特的创新精神表示赞赏,并愿意赞助瓦特。博尔顿经常参加社会活动,他是当时伯明翰地区著名的科学社团“圆月学社”的主要成员之一。

参加这个学社的大多都是本地的一些科学家、工程师、学者以及科学爱好者。经博尔顿的介绍,瓦特也参加了圆月学社。在圆月学社活动期间,由于与化学家普列斯特列等交往,瓦特对当时人们关注的气体化学与热化学有了更多的了解,为他后来参加水的化学成分的争论奠定了基础。更重要的是,圆月学社的活动使瓦特进一步增长了科学见识,活跃了科学思想。

他研制出了一套被称为“太阳和行星”的齿轮联动装置,终于把活塞的往返的直线运动转变为齿轮的旋转运动。为了使轮轴的旋轴增加惯性,从而使圆周运动更加均匀,瓦特还在轮轴上加装了一个火飞轮。由于对传统机构的这一重大革新,瓦特的这种蒸汽机才真正成为了能带动一切工作及的动力机。1781年底,瓦特以发明带有齿轮和拉杆的机械联动装置获得第二个专利。

由于这种蒸汽机加上了轮轴和飞轮,这时的蒸汽机在把活塞的往返直线运动转变为轮轴的旋转运动时,多消耗了不少能量。这样,蒸汽机的效率不是很高,动力不是很大。为了进一步提高蒸汽机的效率,增大蒸汽机的效率,瓦特在发明齿轮联动装置之后,对汽缸本身进行了研究。

他发现,他虽然把纽可门蒸汽机的内部冷凝变成了外部冷凝,使蒸汽机的热效率有了显著提高,但他的蒸汽机中蒸汽推动活塞的冲程工艺与纽可门蒸汽机没有不同。两者的蒸汽都是单项运动,从一端进入、另一端出来。他想,如果让蒸汽能够从两端进入和排出,就可以让蒸汽即能推动活塞向上运动又能推动活塞向下运动。那末,他的效率就可以提高一倍。把原来的单项汽缸装置改装成双向汽缸,并首次把引入汽缸的蒸汽由低压蒸汽变为高压蒸汽,这是瓦特在改进纽可门蒸汽机的过程中的第三次飞跃。通过这三次技术飞跃,纽可门蒸汽机完全演变为了瓦特蒸汽机。

从最初接触蒸汽技术到瓦特蒸汽机研制成功,瓦特走过了二十多年的艰难历程。瓦特虽然多次受挫、屡遭失败,但他仍然坚持不懈、百折不回,终于完成了对纽可门蒸汽机的三次革新。使蒸汽机得到了更广泛的应用,成为改造世界的动力。

成就影响

在历史上,工业革命与美国革命和法国革命几乎是同一时期出现的。虽然人们当时似乎对工业革命认识不清楚,但是今天人们可以看出它对人类日常生活的作用显然要比那两场伟大政治革命都重要得多。因此,詹姆斯·瓦特是历史上最有影响的人物之一。

瓦特在原有的纽科门蒸汽机基础上发明的新式蒸汽机结构,在这之后的50年之内几乎没有什么改变。瓦特蒸汽机发明的重要性是难以估量的,它被广泛地应用在工厂成为几乎所有机器的动力,改变了人们的工作生产方式,极大地推动了技术进步并拉开了工业革命的序幕。它使得工厂的选址不必再依赖于煤矿而可以建立在更经济更有效的地方,也不必依赖于水能从而能常年地运转,这进一步促进了规模化经济的发展,大大提高了生产率的同时也使得商业投资更有效率。蒸汽机为一系列机密加工的革新提供了可能,更高的工艺保证各种机器包括蒸汽机本身的性能提高。经过不断的努力,引入更高气压的蒸汽,蒸汽火车蒸汽轮船便很快相继问世。

蒸汽机车加快了19世纪的运输速度:蒸汽机→蒸汽轮机→发电机,蒸汽为第二次工业革命即电力发展铺平了道路。

名人名言

青春的光辉,理想的钥匙,生命的意义,乃至人类的生存、发展,全包含在这两个字之中,奋斗!只有奋斗,才能治愈过去的创伤;只有奋斗,才是我们民族的希望和光明所在。

如果我们选择了最能为人类福利而劳动的职业,那么,重担就不能把我们压倒,因为这是为大家而献身;那时我们所感到的就不是可怜的、有限的、自私的乐趣,我们的幸福将属于千百万人,我们的事业将默默地、但是永恒发挥作用地存在下去,而面对我们的骨灰,高尚的人们将洒下热泪。

那些为共同目标劳动因而使自己变得更加高尚的人,历史承认他们是伟人;那些为最大多数人们带来幸福的人,经验赞扬他们为最幸福的人。

如果人仅仅为自己劳动,也许他能够成为著名的学者,伟大的智者,卓越的诗人,但是他永远也不能成为真正完善和真正伟大的人。

在科学上面没有平坦的大道,只有不畏劳苦沿着陡峭的山路攀登的人,才有希望达以光辉的顶点。

科学绝不是一种自私自利的享受。有幸能够致力于科学研究的人,首先应该拿自己的学识为人类服务。

后人评价

瓦特是世界公认的蒸汽机发明家。他的创造精神、超人的才能和不懈的钻研为后人留下了宝贵的精神和物质财富。瓦特改进、发明的蒸汽机是对近代科学和生产的巨大贡献,具有划时代的意义,它导致了第一次工业技术革命的兴起,极大的推进了社会生产力的发展。到19世纪30年代,蒸汽机广泛应用到纺织、冶金、采煤、交通等部门去,很快引起了一场技术革命。美国人富尔顿发明了用瓦特蒸汽机作动力的轮船;英国人史蒂芬逊发明了用瓦特蒸汽机作动力的火车。瓦特的蒸汽机成为真正的国际性发明,它有力地促进了欧洲18世纪的产业革命,推动世界工业进入了“蒸汽时代”。 

1784年4月,英国政府授予瓦特以制造蒸汽机的专利证书。马克思曾经评论说:瓦特的伟大天才表现在他所取得的专利的说明书中,他没有把自己的蒸汽机说成是一种用于特殊目的的茵茵的草坪上踱来踱去。他时而望着广阔的天空,时而瞧瞧平坦的操场,时而皱起双眉……突然,他脸上流露出笑容,心情豁然开朗,他想出来了,想出了解决蒸汽机的有效办法。他高兴地跑起来,脚步腾空。霎时间,他的身影便出现在陪伴他多年的操作台上。

罗尔特所著《詹姆斯·瓦特》中,曾写道瓦特蒸汽机巨大的、不知疲倦的威力使生产方法以过去所不能想象的规模走上了机械化道路。”  

瓦特生活在十八、十九世纪的英国,所以在他的身上不可避免的带有时代和阶级的局限。他曾经阻挠双筒蒸汽机和高压蒸汽机的发明和推广,还嘲笑别人用蒸汽机来驱动车辆的努力。瓦特为蒸汽机的推广使用做出了不可磨灭的重要贡献、有力的推动了社会的前进。恩格斯在《自然辨证法》中这样写道:“蒸汽机是第一个真正国际性的发明.瓦特个它加上了一个分离的冷凝器,这就使蒸汽机在原则上达到了现在的水平。”后人为了纪念这位伟大的发明家,把功率的单位定为“瓦特”。

纪念活动

瓦特死后安葬于家乡汉兹沃斯的圣玛丽教堂后的公墓。多年后教堂扩建,使得瓦特的墓地实际上处于新教堂的内部。教堂里并建有瓦特、博尔顿与默多克三人的纪念像。同时瓦特参加的‘月亮学社’的纪念碑上也有瓦特与一台蒸汽机雕绘。伯明翰 的一所学校以瓦特的名字命名。瓦特的众多手稿还保存在伯明翰中心图书馆里,图书馆前至今还有瓦特的雕像。博尔顿的旧居现在是一个博物馆,用以纪念他与瓦特在蒸汽机发明上的贡献。

苏格兰有一些学院也以瓦特的名字命名,比如知名的“詹姆斯·瓦特学院”(James Watt College)。爱丁堡附近老牌的“赫瑞-瓦特大学”(Heriot-Watt University),其前身就是建立与1821年的“瓦特艺术学校”(Watt Institution and School of Arts)。

在英国各地,有超过50条道路以瓦特的名字命名。在伦敦的西敏寺也建有瓦特纪念碑。

瓦特被誉为人类历史上最著名的发明家之一。在美国作家查尔斯·穆雷的《人类成就》(Human Accomplishment)一书中,他曾经做过一个调查,在历史上最知名的229位发明家中,瓦特与爱迪生并列第一位。在1978年迈克尔·哈特发表了一篇引发热烈讨论的作品《人类历史最有影响力的100人》中,瓦特因为发明蒸汽机而被列在第22位。为纪念瓦特的贡献,国际单位制中的功率单位以瓦特命名。

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