詹姆斯·瓦特

詹姆斯·瓦特

蒸汽機發明家
詹姆斯·瓦特(James Watt,1736年1月19日—1819年8月25日)英國發明家,第一次工業革命的重要人物。[1]他是英國皇家學會院士,愛丁堡皇家學會院士,是蘇格蘭著名的發明家和機械工程師。1776年制造出第一台有實用價值的蒸汽機。他開辟了人類利用能源新時代,标志着工業革命的開始。
    中文名:詹姆斯·瓦特 外文名: 别名: 民族:蘇格蘭人 出生地:蘇格蘭格拉斯哥格林諾克鎮 畢業院校: 職業: 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

個人簡介

他改良了蒸汽機、發明了氣壓表、汽動錘。後人為了紀念他,将功率的單位稱為瓦特,常用符号“W”表示。

童年時代的瓦特曾在文法和格拉斯哥大學學校念過書,然而沒有受過系統教育。瓦特在父親做工的工廠裡學到許多機械制造知識,以後他到倫敦的一家鐘表店當學徒。1763年瓦特到格拉斯大學工作,修理教學儀器。在大學裡他經常和教授讨論理論和技術問題。1781年瓦特制造了從兩邊推動活塞的雙動蒸汽機。

英國皇家學會會員和法蘭西科學院外籍院士。他對當時已出現的蒸汽機原始雛形作了一系列的重大改進,發明了單缸單動式和單缸雙動式蒸汽機,提高了蒸汽機的熱效率和運行可靠性,對當時社會生産力的發展作出了傑出貢獻。他改良了蒸汽機、發明了氣壓表、汽動錘。。

在瓦特的訃告中,對他發明的蒸汽機有這樣的贊頌:“它武裝了人類,使虛弱無力的雙手變得力大無窮,健全了人類的大腦以處理一切難題。它為機械動力在未來創造奇迹打下了堅實的基礎,将有助并報償後代的勞動。”

履曆年表

1755年瓦特離開蘇格蘭,到倫敦尋求儀器制造匠的培訓。他被康西爾的約翰•摩根所接納。

1757年格拉斯哥大學任命瓦特為其正式:“數學儀器制造師”并在校園裡安排了一個車間。

1763-1765年瓦特在修理紐科門泵時,設計冷凝器解決效率低的問題,羅巴克把瓦特的發明用于商業上。

1774年瓦特将自己設計的蒸汽機投入生産。

1776年博爾登-瓦特蒸汽機在波羅姆菲爾德煤礦首次向公衆展示其工作狀态。

1782年瓦特的雙向式蒸汽機取得專利,同年他發明了一種标準單位:馬力。

1800年瓦特蒸汽機專利期滿。與博爾登合作結束,64歲瓦特退休。

1819年8月25日詹姆斯•瓦特逝世,享年83歲。

人物生平

早期

瓦特在1736年1月19日生于蘇格蘭格拉斯哥附近,克萊德河灣(FirthofClyde)上的港口小鎮格林諾克(Greenock)。瓦特的父親是熟練的造船工人并擁有自己的船隻與造船作坊。瓦特的母親Agnes Muirhead出身于一個貴族家庭并受過良好的教育。他們都屬于基督教長老會并且是堅定的誓約派。

瓦特小時候因為身體較弱去學校的時間不多,主要的教育都是由母親在家裡進行。瓦特從小就表現出了精巧的動手能力以及數學上的天分,并且接受了很多蘇格蘭民間傳說與故事。

瓦特17歲的時候,母親去世了,而父親的生意開始走下坡路。瓦特到倫敦的一家儀表修理廠作了一年的徒工,然後回到蘇格蘭格拉斯哥打算開一家自己的修理店。盡管當時蘇格蘭還沒有類似的修理店,但是由于他沒有做夠要求的7年徒工,他的開店申請還是被格拉斯哥的錘業者行會(管理所有使用錘子的工匠)拒絕了。

1757年,格拉斯哥大學的教授提供給瓦特一個機會,讓他在大學裡開設了一間小修理店,這幫助瓦特走出了困境。其中的一位教授,物理學家與化學家約瑟夫·布萊克(Joseph Black)更是成了瓦特的朋友與導師。

1757年,格拉斯哥大學的教授提供給瓦特一個機會,讓他在大學裡開設了一間小修理店,這幫助瓦特走出了困境。其中的一位教授,物理學家與化學家約瑟夫·布萊克(JosephBlack)更是成了瓦特的朋友與導師。

1767年,瓦特與表妹瑪格麗特·米勒(MargaretMiller)結婚,此後他們共養育了6個孩子。

性格

瓦特心思細膩,做事動作遲緩并且非常容易焦慮。他常常會灰心喪氣。他會将工作放到一邊,感覺好像要徹底放棄了,但他的想象力豐富,總是能想到新的改進方法,以至于很多時候都來不及一一完成。瓦特的動手能力很強,并可以完成系統的科學的測定,以量化自己的革新效果,幫助自己的理解。

瓦特是一個紳士,為其他工業革命時期的知名人士所尊重。他是伯明翰工業家與科學家組織的“月亮社”的重要成員,總是對新的領域表現出極大的興趣,被認為是很好的社交夥伴。但他對商業經營卻基本一竅不通,特别讨厭與那些有興趣使用他的蒸汽機的人讨價還價或談判合同。直到他退休時,他都一直對自己的财物狀況感到不安。他的合作者與朋友都是些意氣相投的夥伴并能保持長久的友誼。

晚年

瓦特在半退休之前也有很多其它發明,比如他發明了一種新的利用望遠鏡測距的方法,一種新的透印印刷術,對油燈進行了改進,蒸汽碾壓機以及延續至今的機械圖紙着色法。1800年瓦特的專利與博爾頓的合作到期,他與同年退休。但他們的合作延續到下一代,馬修·博爾頓與小詹姆斯·瓦特繼續合作,同時吸收了威廉·默多克為合夥人,保證了了公司的持續成功。瓦特退休後曾與他的第二任妻子到法國與德國旅行,并且在威爾士購買了一所住宅。1819年8月25日,83歲的瓦特于英國斯塔福德郡漢茲沃斯(Handsworth,Staffordshire)的家中去世。

家庭背景

他的祖父曾經是一位教師,教授數學、測量學和航海學,父親原來是個造船技術工人。後來自己經營過造船業和建築業,做過儀器制造家和商人,還曾經一度擔任過小鎮的地方行政官。瓦特的父親是熟練的造船工人并擁有自己的船隻與造船作坊。瓦特的母親AgnesMuirhead出身于一個貴族家庭并受過良好的教育。他們都屬于基督教長老會并且是堅定的誓約派。耳濡目染,瓦特從幼年起就随父親學習各種手藝。他心靈手巧,從小接觸和了解了不少技術方面的知識,并養成了一種獨立思考和探索奧秘的興趣和習慣。他的家庭環境對他日後攀登技術高峰起到了一定的作用。

改良蒸汽機

發明曆史

實際上瓦特并不是第一個發明蒸汽機的人。公元一世紀,亞曆山大·希羅曾設計過類似的機器。1698年,湯姆斯·薩威利獲得了用蒸汽機抽水的專利權。1712年英國人湯姆斯·牛考門獲得了稍加改進的蒸汽機的專利權。牛考門蒸汽機效率非常低,隻能用于煤礦排水。

重大革新

1764年瓦特在修理一台牛考門蒸汽機時,自己對這種機器發生了興趣。瓦特所做的第一項重大革新就是增加一個獨立的凝汽室,于1769年獲得專利權。他還使蒸汽缸與外界絕緣,又于1782年發明了雙動發動機。連同一些較小的革新一起,這些發明使蒸汽機的效率至少提高了四倍。實際上效率的提高意味着一台華而不實的裝置與一台有巨大工業價值的機械之間的差别。1781年,瓦特還發明了一套齒輪,從而使蒸汽機的往複運動變換成為旋轉運動。這套齒輪使蒸汽機的用途增多。瓦特又發明了自動調節蒸汽機運轉速度的離心式調速器(1788年)、壓力計(1790年)、計數器、示功器、節流閥以及許多其他儀器。瓦特本人沒有很好的經商頭腦。但是他在1775年同一個非常能幹的商人、工程師馬婁·布爾頓合股成立了一個瓦特—布爾頓公司。該公司生産了大量的蒸汽機,兩個股東也都成了富翁。

過程

1764年,學校請瓦特修理一台紐可門式蒸汽機,在修理的過程中,瓦特熟悉了蒸汽機的構造和原理,并且發現了這種蒸汽機的兩大缺點:活塞動作不連續而且慢;蒸汽利用率低,浪費原料。以後,瓦特開始思考改進的辦法。直到1765年的春天,在一次散步時,瓦特想到,既然紐可門蒸汽機的熱效率低是蒸汽在缸内冷凝造成的,那麼為什麼不能讓蒸汽在缸外冷凝呢?瓦特産生了采用分離冷凝器的最初設想。

在産生這種設想以後,瓦特在同年設計了一種帶有分離冷凝器的蒸汽機。按照設計,冷凝器與汽缸之間有一個調節閥門相連,使他們既能連通又能分開。這樣,既能把做工後的蒸汽引入汽缸外的冷凝器,又可以使汽缸内産生同樣的真空,避免了汽缸在一冷一熱過程中熱量的消耗,據瓦特理論計算,這種新的蒸汽機的熱效率将是紐可門蒸汽機的三倍。

從理論上說,瓦特的這種帶有分離器冷凝器的蒸汽機顯然優于紐可門蒸汽機,但是,要把理論上的東西變為實際上的東西,把圖紙上的蒸汽機變為實在的蒸汽機,還要走很長的路。瓦特辛辛苦苦造出了幾台蒸汽機,但效果反而不如紐可門蒸汽機,甚至四處漏氣,無法開動。盡管耗資巨大的試驗使他債台高築,但他沒有在困難面前怯步,繼續進行試驗。當布萊克知道瓦特的奮鬥目标和困難處境時,他把瓦特介紹給了自己一個十分富有的朋友--化工技師羅巴克。當時羅巴克是一個十分富有的企業家,他在蘇格蘭的卡隆開辦了第一座規模較大的煉鐵廠。雖然當時羅巴克已近50歲,但對科學技術的新發明仍然傾注着極大的熱情。他對當時隻有三十來歲的瓦特的新裝置很是贊許,當即與瓦特簽訂合同,贊助瓦特進行新式蒸汽機的試制。

從1766年開始,在三年多的時間裡,瓦特克服了在材料和工藝等各方面的困難,終于在1769年制出了第一台樣機。同年,瓦特因發明冷凝器而獲得他在革新紐可門蒸汽機的過程中的第一項專利。第一台帶有冷凝器的蒸汽機雖然試制成功了,但它同紐可門蒸汽機相比,除了熱效率有顯著提高外,在作為動力機來帶動其他工作機的性能方面仍未取得實質性進展。就是說,瓦特的這種蒸汽機還是無法作為真正的動力機。

生産推廣

由于瓦特的這種蒸汽機仍不夠理想,銷路并不廣。當瓦特繼續進行探索時,羅巴克本人已瀕于破産,他又把瓦特介紹給了自己的朋友、工程師兼企業家博爾頓,以便瓦特能得到贊助繼續進行他的研制工作。博爾頓當時經四十多歲,是位能幹的工程師和企業家。他對瓦特的創新精神表示贊賞,并願意贊助瓦特。博爾頓經常參加社會活動,他是當時伯明翰地區著名的科學社團“圓月學社”的主要成員之一。

參加這個學社的大多都是本地的一些科學家、工程師、學者以及科學愛好者。經博爾頓的介紹,瓦特也參加了圓月學社。在圓月學社活動期間,由于與化學家普列斯特列等交往,瓦特對當時人們關注的氣體化學與熱化學有了更多的了解,為他後來參加水的化學成分的争論奠定了基礎。更重要的是,圓月學社的活動使瓦特進一步增長了科學見識,活躍了科學思想。

他研制出了一套被稱為“太陽和行星”的齒輪聯動裝置,終于把活塞的往返的直線運動轉變為齒輪的旋轉運動。為了使輪軸的旋軸增加慣性,從而使圓周運動更加均勻,瓦特還在輪軸上加裝了一個火飛輪。由于對傳統機構的這一重大革新,瓦特的這種蒸汽機才真正成為了能帶動一切工作及的動力機。1781年底,瓦特以發明帶有齒輪和拉杆的機械聯動裝置獲得第二個專利。

由于這種蒸汽機加上了輪軸和飛輪,這時的蒸汽機在把活塞的往返直線運動轉變為輪軸的旋轉運動時,多消耗了不少能量。這樣,蒸汽機的效率不是很高,動力不是很大。為了進一步提高蒸汽機的效率,增大蒸汽機的效率,瓦特在發明齒輪聯動裝置之後,對汽缸本身進行了研究。

他發現,他雖然把紐可門蒸汽機的内部冷凝變成了外部冷凝,使蒸汽機的熱效率有了顯著提高,但他的蒸汽機中蒸汽推動活塞的沖程工藝與紐可門蒸汽機沒有不同。兩者的蒸汽都是單項運動,從一端進入、另一端出來。他想,如果讓蒸汽能夠從兩端進入和排出,就可以讓蒸汽即能推動活塞向上運動又能推動活塞向下運動。那末,他的效率就可以提高一倍。把原來的單項汽缸裝置改裝成雙向汽缸,并首次把引入汽缸的蒸汽由低壓蒸汽變為高壓蒸汽,這是瓦特在改進紐可門蒸汽機的過程中的第三次飛躍。通過這三次技術飛躍,紐可門蒸汽機完全演變為了瓦特蒸汽機。

從最初接觸蒸汽技術到瓦特蒸汽機研制成功,瓦特走過了二十多年的艱難曆程。瓦特雖然多次受挫、屢遭失敗,但他仍然堅持不懈、百折不回,終于完成了對紐可門蒸汽機的三次革新。使蒸汽機得到了更廣泛的應用,成為改造世界的動力。

成就影響

在曆史上,工業革命與美國革命和法國革命幾乎是同一時期出現的。雖然人們當時似乎對工業革命認識不清楚,但是今天人們可以看出它對人類日常生活的作用顯然要比那兩場偉大政治革命都重要得多。因此,詹姆斯·瓦特是曆史上最有影響的人物之一。

瓦特在原有的紐科門蒸汽機基礎上發明的新式蒸汽機結構,在這之後的50年之内幾乎沒有什麼改變。瓦特蒸汽機發明的重要性是難以估量的,它被廣泛地應用在工廠成為幾乎所有機器的動力,改變了人們的工作生産方式,極大地推動了技術進步并拉開了工業革命的序幕。它使得工廠的選址不必再依賴于煤礦而可以建立在更經濟更有效的地方,也不必依賴于水能從而能常年地運轉,這進一步促進了規模化經濟的發展,大大提高了生産率的同時也使得商業投資更有效率。蒸汽機為一系列機密加工的革新提供了可能,更高的工藝保證各種機器包括蒸汽機本身的性能提高。經過不斷的努力,引入更高氣壓的蒸汽,蒸汽火車蒸汽輪船便很快相繼問世。

蒸汽機車加快了19世紀的運輸速度:蒸汽機→蒸汽輪機→發電機,蒸汽為第二次工業革命即電力發展鋪平了道路。

名人名言

青春的光輝,理想的鑰匙,生命的意義,乃至人類的生存、發展,全包含在這兩個字之中,奮鬥!隻有奮鬥,才能治愈過去的創傷;隻有奮鬥,才是我們民族的希望和光明所在。

如果我們選擇了最能為人類福利而勞動的職業,那麼,重擔就不能把我們壓倒,因為這是為大家而獻身;那時我們所感到的就不是可憐的、有限的、自私的樂趣,我們的幸福将屬于千百萬人,我們的事業将默默地、但是永恒發揮作用地存在下去,而面對我們的骨灰,高尚的人們将灑下熱淚。

那些為共同目标勞動因而使自己變得更加高尚的人,曆史承認他們是偉人;那些為最大多數人們帶來幸福的人,經驗贊揚他們為最幸福的人。

如果人僅僅為自己勞動,也許他能夠成為著名的學者,偉大的智者,卓越的詩人,但是他永遠也不能成為真正完善和真正偉大的人。

在科學上面沒有平坦的大道,隻有不畏勞苦沿着陡峭的山路攀登的人,才有希望達以光輝的頂點。

科學絕不是一種自私自利的享受。有幸能夠緻力于科學研究的人,首先應該拿自己的學識為人類服務。

後人評價

瓦特是世界公認的蒸汽機發明家。他的創造精神、超人的才能和不懈的鑽研為後人留下了寶貴的精神和物質财富。瓦特改進、發明的蒸汽機是對近代科學和生産的巨大貢獻,具有劃時代的意義,它導緻了第一次工業技術革命的興起,極大的推進了社會生産力的發展。到19世紀30年代,蒸汽機廣泛應用到紡織、冶金、采煤、交通等部門去,很快引起了一場技術革命。美國人富爾頓發明了用瓦特蒸汽機作動力的輪船;英國人史蒂芬遜發明了用瓦特蒸汽機作動力的火車。瓦特的蒸汽機成為真正的國際性發明,它有力地促進了歐洲18世紀的産業革命,推動世界工業進入了“蒸汽時代”。 

1784年4月,英國政府授予瓦特以制造蒸汽機的專利證書。馬克思曾經評論說:瓦特的偉大天才表現在他所取得的專利的說明書中,他沒有把自己的蒸汽機說成是一種用于特殊目的的茵茵的草坪上踱來踱去。他時而望着廣闊的天空,時而瞧瞧平坦的操場,時而皺起雙眉……突然,他臉上流露出笑容,心情豁然開朗,他想出來了,想出了解決蒸汽機的有效辦法。他高興地跑起來,腳步騰空。霎時間,他的身影便出現在陪伴他多年的操作台上。

羅爾特所著《詹姆斯·瓦特》中,曾寫道瓦特蒸汽機巨大的、不知疲倦的威力使生産方法以過去所不能想象的規模走上了機械化道路。”  

瓦特生活在十八、十九世紀的英國,所以在他的身上不可避免的帶有時代和階級的局限。他曾經阻撓雙筒蒸汽機和高壓蒸汽機的發明和推廣,還嘲笑别人用蒸汽機來驅動車輛的努力。瓦特為蒸汽機的推廣使用做出了不可磨滅的重要貢獻、有力的推動了社會的前進。恩格斯在《自然辨證法》中這樣寫道:“蒸汽機是第一個真正國際性的發明.瓦特個它加上了一個分離的冷凝器,這就使蒸汽機在原則上達到了現在的水平。”後人為了紀念這位偉大的發明家,把功率的單位定為“瓦特”。

紀念活動

瓦特死後安葬于家鄉漢茲沃斯的聖瑪麗教堂後的公墓。多年後教堂擴建,使得瓦特的墓地實際上處于新教堂的内部。教堂裡并建有瓦特、博爾頓與默多克三人的紀念像。同時瓦特參加的‘月亮學社’的紀念碑上也有瓦特與一台蒸汽機雕繪。伯明翰 的一所學校以瓦特的名字命名。瓦特的衆多手稿還保存在伯明翰中心圖書館裡,圖書館前至今還有瓦特的雕像。博爾頓的舊居現在是一個博物館,用以紀念他與瓦特在蒸汽機發明上的貢獻。

蘇格蘭有一些學院也以瓦特的名字命名,比如知名的“詹姆斯·瓦特學院”(James Watt College)。愛丁堡附近老牌的“赫瑞-瓦特大學”(Heriot-Watt University),其前身就是建立與1821年的“瓦特藝術學校”(Watt Institution and School of Arts)。

在英國各地,有超過50條道路以瓦特的名字命名。在倫敦的西敏寺也建有瓦特紀念碑。

瓦特被譽為人類曆史上最著名的發明家之一。在美國作家查爾斯·穆雷的《人類成就》(Human Accomplishment)一書中,他曾經做過一個調查,在曆史上最知名的229位發明家中,瓦特與愛迪生并列第一位。在1978年邁克爾·哈特發表了一篇引發熱烈讨論的作品《人類曆史最有影響力的100人》中,瓦特因為發明蒸汽機而被列在第22位。為紀念瓦特的貢獻,國際單位制中的功率單位以瓦特命名。

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