- 1 - 电流做功的快慢电流做功的快慢拓展拓展 瓦特瓦特 詹姆斯瓦特是英国著名的发明家，是工业革命时期的重要人物。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。后人为了纪念 他，将功率的单位称为瓦特，常用符号“W”表示。瓦特是国际单位制中功率和辐射通量的 计量单位，常用符号“W”表示。 瓦特 1736 年 1 月 19 日生于英国格拉斯哥。童年时代的瓦特曾在文法学校念过书，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。1785 年，他也 因蒸汽机改进的重大贡献，被选为皇家学会会员。1819 年 8 月 25 日瓦特在靠近伯明翰的 希斯菲德逝世。 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。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。” 一、喜欢寻根问底的孩子一、喜欢寻根问底的孩子 瓦特 1736 年出生于英国格拉斯哥市附近的一个小镇，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。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。 瓦特从小身体虚弱，到了入学年龄，仍不能去上学。过了入学年龄好几年，他才到镇上的 学校学习。在学校里，他不喜欢与小朋友们打闹，只爱独自沉思默想。关于他的童年，曾 有过一个广为人知的传说：有一天，小瓦特在家里看见一壶水开了，蒸汽把壶盖冲得噗噗 地跳。这种常人司空见惯的现象却引起了他极浓厚的兴趣。他目不转睛地凝视那跳动的壶 盖和冒出的蒸汽，苦思冥想其中的奥秘。一直看了一个多小时。由于瓦特常常会面对他不 - 2 - 熟悉、不认识的许多现象长时间地默默观察，崐人因此说他是个“懒孩子”。其实正是这 种好奇心和寻根问底的精神，后来引导他去努力探索世界的种种奥秘，攀登科学的高峰。 13 岁那年，他对几何学发生了兴趣，15 岁就读完了几何学原理这样艰深的书籍。后来 他进入文法学校，数学成绩特别优秀。由于身体不好，他没到毕业就退学了。但是，他在 家里坚持自学了天文学、化学、物理学和解剖学等多学科知识，并自学了好几种外语。瓦 特 17 岁时到格拉斯哥的一家钟表店里当了学徒。他在业余时间刻苦学习，进一步掌握了许 多科技原理。在当学徒时他曾经动手制造过技术要求较高的罗盘、经纬仪等。21 岁那年， 他来到了格拉斯哥大学当教具实验员，负责修理和制造仪器。他进一步熟悉了当时一些较 先进的机械技术。在工作之余，他还埋头读书，并经常向老师和同学虚心求教，提高了自 己的科学理论水平。 二、推动整个世界的发明二、推动整个世界的发明 人类对蒸汽的认识和利用，经历了一个漫长的历史过程。早在公元前二世纪，古希腊 人就制造过一种利用蒸汽喷射的反作用的发动机。1690 年，法国人巴比首先发明了第一台 活塞式蒸汽机，但他未能制成实用的蒸汽机。1698 年，英国的一位技师塞莱斯发明了实用 的无活塞式蒸汽机。这种机器在矿井中得到应用，被称为“矿山之友”，但受当时材料和 技术的限制，无法推广。后来经过改进，直到 18 世纪，英国的铁匠纽科门才制成第一台能 把热能转变为机械能的较原始的蒸汽机。这种机器综合了巴本机和塞莱斯机的优点，不需 高压蒸汽即可排水，效率也有较大提高。但是，这种蒸汽机结构不合理，耗煤多，活塞只 能作往复运动，不能作旋转运动，因此热效能较低。 随着工业发展对新动力的需求日益突出，推动了对蒸汽机作进一步的改进。从 18 世纪 60 年代起，英国的工程师斯米顿开始研究改进纽可门蒸汽机，他测量了一百多种当时的蒸 汽机的部件和效率，并对所得资料进行了系统的比较分析。斯米顿本人没有对蒸汽机的结 构做任何改进，但是他积累的数据为改进蒸汽机提供了方便。与此同时，瓦特也开始研究 改进蒸汽机。 瓦特在大学修理仪器期间，学校曾经把一台旧式的纽可门蒸汽机交给他修理。他通过 大量实验以及根据格拉斯哥大学教授布莱克提出的潜热、比热理论进行分析，对旧式蒸汽 机进行深入研究，找出了旧式机器效率低的主要原因：除了漏汽、散热等造成热量的浪费 外，主要缺陷在于每一冲程都要用冷水将汽缸冷却一次，从而耗了大量热量，使绝大部分 蒸汽没有被有效利用。针对这一缺陷，瓦特提出了减少蒸汽消耗，提高热机效率的两项措 施：一、为了使汽缸始终保持蒸汽所必须具有的温度，必须在汽缸外加上绝热外套或通以 - 3 - 蒸汽或用其他方法对汽缸加热；二、使作功后的蒸汽尽可能快地冷却，液化成水并要使这 一过程在汽缸外进行，为此必须设置一个独立于汽缸的冷凝器，在机械传动方面也要改进。 他决心自己制造一台新的蒸汽机，来改进旧机器的不足。 瓦特自筹资金，租了间地下室，买了必要的设备，反复实验，经历了无数次挫折和失 败，在工人的帮助下，终于发明了与汽缸分离的冷凝器，解决了制造精密汽缸、活塞的工 艺问题，同时采用油润滑活塞，汽缸外附加绝热层等措施，制成单动作蒸汽机。后经继续 试验，又在 1782 年，发明了具有连杆、飞轮和离心调速器的双动作蒸汽机，制成了新的可 实用的蒸汽机。这种双动作式蒸汽机，把阀门安装得可利用蒸汽的压力来推动活塞，既可 向前又可向后。并借助连杆和飞轮把活塞的直线运动变成了圆周运动。为了保持蒸汽机的 匀速运转，他把一个离心调速器连接在进汽活门上，使其自动调节进汽量。这种装置是最 早在技术上使用的自动控制器。他设计了一个和汽缸分离的冷凝器，将高温蒸汽从气缸中 导出并冷却，使得主要汽缸能保持一定温度。同时他提高了汽缸的精密度，把活塞和阀门 也做得光滑、严密。从而比纽科门蒸汽机大大提高了热效率和可靠性。由于这种蒸汽机把 往复的直线运动变成为连续而均匀的圆周运动，因而可以经过传动装置带动一切机器运转， 成为能普遍用于工业和交通运输业的“万能动力机”。这种高效率的蒸汽机很快取代了旧 式的蒸汽机，被各工业部门迅速采用。从此，动力机、传动机和工作机组成了机器生产系 统，成为产业近代化的核心。 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”。 三、名垂青史的天才发明家三、名垂青史的天才发明家 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 殊目的的发明，而是把它说成是大工业普遍应用的发动机。 瓦特在英国和欧洲大陆各国的学术界和科学界享有崇高的地位。1784 年他成为爱丁堡 皇家学会的会员，1785 年又成为伦敦皇家学会的会员。1808 年，他成为法兰西学士院的成 员，1814 年，他又被选为法国科学院的 8 名外籍院士之一。各国科学界都承认瓦特是他们 之中最著名的一员。 - 4 - 瓦特由于这样一个划时代的伟大发明，从一个一贫如洗的无名小卒，一下子成为一个 名利双收的大人物了。他在 11 年的时间里获得了七万六千磅的专利税。为了保护自己的专 利，他到了晚年时多少显得有些学阀作风了。他经常向法院起诉，阻止和压制别人的发明 创造，甚至不许自己的助手去实验用蒸汽来发动四轮车。这是一个科学家的悲剧，也是他 那个时代和社会在他身上打下的烙印。尽管如此，他仍然是一位伟大的发明家。他毕生精 力集中于蒸汽机的发明，前后达 20 余年。他对科学技术和社会进步所作出的巨大贡献，人 民是不会忘记的。 1819 年，84 岁的瓦特在家中安然与世长辞了。他生前对人类的科学事业作出了杰出的 贡献，各国人民怀念他。1824 年，在他逝世 5 周年时，伦敦公众为他在有名的威斯敏斯特 大教堂树立了一座纪念碑。瓦特终生刻苦学习，孜孜不倦地致力于科学事业，在前人成就 的基础上，发明了蒸汽机，为人类科学技术的发展作出了划时代的贡献。为了纪念瓦特这 位伟大的发明家，人们把常用的功率单位定为瓦特，简称瓦。他的芳名将永远刻在人类的 历史上。 趣闻轶事趣闻轶事 童年时代的瓦特和茶壶的故事 一天晚上，瓦特和一个小女孩在家里喝茶。瓦特不停地摆弄茶壶盖，一会儿打开，一 会儿盖上，当他把茶壶嘴堵住时，蒸汽顶开了茶盖。在旁的外祖母对瓦特的这种无聊动作 极为不满，加以训斥。瓦特并不介意，他一心想着蒸汽的力量，从此萌发制造蒸汽机的念 头。 瓦特改造蒸汽机的故事瓦特改造蒸汽机的故事 一个夏日的早晨,天气 晴朗,画眉在树上唱着悦耳的歌。在英国格拉斯哥大学的校园里,有 一个人正在散步。他迈着缓缓的步伐,在绿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。 水蒸汽的启示水蒸汽的启示 随着智育的发展,瓦特对客观存在的一些事物都发生了浓厚的兴趣,产生了好奇和钻研 之心。这为他以后发明蒸汽机打下了良好的基础。 在瓦特的故乡的小镇于上,家家户户都是生火烧水做饭。对这种司空见惯的事,有谁留 - 5 - 过心呢？瓦特就留了心。他在厨房里看祖母做饭。灶上坐着一壶开水。开水在沸腾。壶盖 啪啪啪地作响,不停地往上跳动。瓦特观察好半天,感到很奇怪,猜不透这是什么缘故,就问 祖母说：什么玩艺使壶盖跳动呢？ 祖母回答说：水开了,就这样。 瓦特没有满足,又追问：为什么水开了壶盖就跳动？是什么东西推动它吗？ 可能是祖母太忙了,没有功夫答对他,便不耐烦地说：不知道。小孩子刨根问底地问这 些有什么意思呢。 瓦特在他祖母那里不但没有找到答案,反而受到了冤枉的批评,心里很不舒服,可他并不 灰心。 连续几天,每当做饭时,他就蹲在火炉旁边细心地观察着。起初,壶盖很安稳,隔了一会 儿,水要开了,发出哗哗的响声。摹地,壶里的水蒸汽冒出来,推动壶盖跳动了。蒸汽不住地 往上冒,壶盖也不停地跳动着,好像里边藏着个魔术师,在变戏法似的。瓦特高兴了,几乎叫 出声来,他把壶盖揭开盖上,盖上又揭开,反复验证。他还把杯子、调羹遮在水蒸汽喷出的地 方。瓦特终于弄清楚了,是水蒸汽推动壶盖跳动,这水蒸汽的力量还真不小呢。 就在瓦特兴高采烈,欢喜若狂的时候,祖母又开腔了：“你这孩子,不知好歹,水壶有什么 好玩的,快给我走开！“她漫不经心地说。 他的祖母过于急躁和主观了,这随随便便不放在心上的话,险些挫伤了瓦特的自尊心和 探求科学知识的积极性。年迈的老人啊,根本不理解瓦特的心,不知?水蒸汽“对瓦特有多么 大的启示！水蒸汽推动壶盖跳动的物理现象,不正是瓦特发明蒸汽机的认识源泉吗？ 1769 年,瓦特把蒸汽机改成为发动力较大的单动式发动机。后来又经过多次研究,于 1782 年,完成了新的蒸汽机的试制工作。机器上有了联动装置,把单式改为旋转运动,完善 的蒸汽机发明成功了。 瓦特的一生充满着艰苦和斗争，他走过的道路是多么坎坷不平啊。他在艰苦和坎坷中 为人类造了福，为人类前进，开辟了新的里程。瓦特十