第十三章工业生产的大力神
蒸汽机的发明
1784年，瓦特制作出世界上第一台真正的蒸汽机，点燃了工业革命的导火索，在很短的时
间内，改变了整个世界的面貌。
蒸汽装置有名无实
公元1世纪左右，一位名叫赫伦的希腊发明家曾制作了用蒸汽推动的“空心汽动圆球”。在
这种圆球的中心，贯穿着一根轴，使圆球能自由旋转，在圆球的周围装有端部弯曲的细管。
圆球中间充满水，加热后使之产生蒸汽，此时蒸汽便从弯管的端部喷出，其反作用力使圆球
旋转，这里利用了反动式汽轮机的原理。赫伦制作的这种汽动圆球只能作为玩具，不能实际
应用，因此逐渐被人们所遗忘。
以后，在中世纪的欧洲，一直没有出现利用蒸汽力的设想，直到进入17世纪，才在意大利、
英国、法国又重新开始进行蒸汽的研究。一些蒸汽引动装置相继产生。然而，这些装置抽汲
水的力量很小，并且时有发生蒸汽爆炸事故。另外，由于浪费燃料和不断发生机械故障，所
以声誉不佳。
同一时期，有个名叫巴本的法国人制成了第一台原始的蒸汽机。其原理是：在一个装有活
塞的圆筒里装上水并加热，当水被烧开后，蒸汽就把活塞推上去，等活塞推到顶部就熄火，
筒里的蒸汽冷却下来，大气压力便把活塞压下来。这样的过程周而复始，活塞上上下下，再
配上一些机械便可代替人力或畜力来抽取深井水了。那时欧洲不少国家采矿业发展很快，矿
井挖得很深，地下水涌出来，井里就要积水，只得靠人力和畜力把积水提上来，既费时又耗
力，蒸汽机最初是为解决这个问题而发明的。但这样的蒸汽机时而生火，时而熄火，工作效
率比人力畜力高不了多少，因而并不具有实用价值。
不久以后，英国的纽科门制成了一台蒸汽机。纽科门在皇家学会的著名学者福克的指导下，
吸取了赛维利和巴本蒸汽机的长处，并进行了改进，终于在1712年制出了新的蒸汽机。纽科
门的蒸汽机也有汽缸，不过锅炉和汽缸都装在另外的地方。他的蒸汽机比以前的蒸汽机好用
得多，所以被广泛用作矿山坑道中抽汲地下水的水泵的动力。然而，蒸汽一会儿进入汽缸，
一会儿冷却，这样周而复始地进行，其效率极低。这种蒸汽机能抽汲46米深处的地下水，一
分钟只工作一次。即使如此，由于当时的矿井逐渐向深处发展，所以这种蒸汽机在许多地方
还派上了用场。
在科学史上，一项重大的发明，常常不是一个人，甚至不是一代人所能完成的。在纽科门和
“蒸汽大王”瓦特之间，出了个英国人斯密顿，在1769年～1772年这三四年间，他对当时各
种马力的蒸汽机做了各种各样的实验，先后写了130多个报告，还整理出一套计算公式。尽
管他没有独创性的发明，却为瓦特的成功奠定了基础。
连续革新大功告成
1757年，21岁的瓦特，就读于格拉斯哥的一所大学，喜欢制作和修理物理机械。1763年初
瓦特接到了学校派给的修理一台纽科门蒸汽机的任务。修理期间，瓦特发现这种蒸汽机有很
多缺点，并立志要使蒸汽机脱胎换骨。
经过仔细琢磨，瓦特发现纽科门蒸汽机的毛病主要在缸体随蒸气不断地冷了又热，热了又冷
，白白耗费了许多热能。可是，如何解决这一问题呢?瓦特整日苦思冥想，也不知做了多少
试验，转眼间两年过去了，仍然没有找到解决问题的办法。
1765年5月的一个星期日，瓦特在格拉斯哥的牧场上散步，突然产生了一个美妙的想法，如
果把冷却、加热两个任务，分别由两个容器来承当，让做功的气缸始终保持高热状态，让负
责冷却的冷凝器始终是冷的，产生真空。这样，热耗不就可以大大降低，而效率也得以提高
了吗?
瓦特立即着手实验，并收到了预期的效果。同时，按照斯密顿的计算公式，他算出热效率可
以提高3倍，耗煤量可以节约1/4。
通用蒸汽机的模型制出后，要把它变成真正的机器，谈何容易?瓦特面临的不仅是技术材料
等方面的问题，更令他头痛的，便是棘手的资金问题。幸而此时，瓦特遇到了一位支持者—
—企业家布尔顿。从此，瓦特不需再为研究费用和试制所需的设备而担心了。
蒸汽机研制的重要条件是机械加工技术，特别是圆筒气缸的精密度是个关键。当时这项技术
很落后，造出的汽缸内壁不光滑、漏气，大大影响了蒸汽机的效率。格拉斯哥大学的布莱克
教授介绍他认识了发明镗床的威尔金。他用镗火炮筒子的方法为瓦特镗制了汽缸和活塞，解
决了精度和漏气问题。资金上有布尔顿鼎力资助，技术上有威尔金辅佐，瓦特很快便在1774
年制成了第一台新型蒸汽机。这以后，瓦特精益求精，对蒸汽机不断进行改进。到1784年，
他的蒸汽机已经装上曲轴、飞轮、活塞，可以靠从两边进来的蒸汽连续推动，再不用靠人力
去调节活门，这才是世界上第一台真正的蒸汽机。
蒸汽大王史载千秋
要说蒸汽机的功绩，实在无与伦比。瓦特在取得专利后，很快便把蒸汽机应用到纺织业中去
，后来终于出现了蒸汽纺布机。这样，一个由机器代替手工的时代从纺织工业开始了。棉织
、毛防的产量急剧上升；蒸汽机应用到煤炭业、矿产业中，地下资源不断涌出；蒸汽机应用
到冶金业中，钢铁生产面貌全面更新。瓦特的蒸汽机，点燃了工业革命的导火索，并很快越
过英国边界，为美、法、俄、德等国的工业生产提供了强大的动力机，使人类社会的生产突
飞猛进。所以马克思说，蒸汽机的发明，在很短的时间内，改变了整个世界的面貌。不是吗
?1807年，美国的富尔顿把蒸汽机装到船上，发明了轮船；1814年，英国的史蒂芬逊把蒸汽
机装在车上，发明了火车。有了蒸汽机这样新型的动力装置，机械工业也迅猛地发展起来了
。1817年，英国罗白特发明了刨床，摩兹利发明了车床……，蒸汽机不仅改变了整个工业的
貌，还由于工业的兴起而推动着城市的形成和发展。随着蒸汽机的广泛应用，瓦特的大名也
传遍欧洲，传遍世界，人们把他尊誉为“蒸汽大王”。由于蒸汽机的丰功伟绩，人们把19
世纪称为“蒸汽时代”。
蒸汽机的出现也推动了科学理论的发展。蒸汽机的发明主要靠的是经验和实践。但蒸汽机产
生后，推动了理论研究，产生了热力学，而在热力学理论的研究中，人们又萌发了内燃机的
设想，终于发明出效能更高的动力机器——内燃机。事实证明了科技是生产力。在科学和生
产之间存在着这样一种循环规律，这就是生产→技术→科学→新科学→技术→生产。科学技
术的发展就这样推动着人类社会的进步，创造出灿烂的文明。