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，将制中

功率和辐射通量的计量单位称为瓦特，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。1

781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。”

生平事迹

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。

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，

严重缺点，特别是用于别的地方时成本就太高，因此迫切需要提高蒸汽机

的效率。

大约在18世纪中期，英国工匠斯米顿和瓦特各自按照完全不同的思路

分别改进课纽科门的蒸汽机。他们两人的改进工作仍然基本上是 在技艺传

统内进行的，没有用到什么科学的抽象。斯米顿后来当上了民间工程师协

会（斯米顿协会）的主席，他采用的纯粹是靠经验办法，有条不紊、一个

一个的试验样机，不改动基本的设计，只是改变各个零部件的尺寸。就这

样，他把纽科门蒸汽机的效率提高了一倍。瓦特在1765年的一个星期日外

出散心的时候突然想到他的解决办法。他的想法是，纽科门蒸汽机的主要

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。如果把蒸汽压至汽缸外面的另一个容器中去

冷却，那么汽缸在整个循环过程中就可以保持始终是热的。避免了把汽缸

一会儿加热一会儿冷却，对燃煤的节约自然十分可观。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

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”。但是瓦特的蒸汽机仍然要依靠大气压力，

因而必然是又大又重（有时就叫“固定机”）。到18世纪末，那样的固定

机通常被工厂用来推动机器；因为船体比较大，所以早期的汽船也能够用

大气蒸汽机来推动。可是铁路机车就不行，非要有体积较小的高压机型不

可。那种较小的蒸汽机是在1800年由另一位英国人特里维西克（Richard

Trevithick）设计出来的。

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。18

08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。

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。

瓦特和蒸汽机

一、瓦特对蒸汽机的最初设想

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。

二、蒸汽机的销售

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

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。那么，他的效率就可以提高一倍。1782年，瓦特根

据这一设想，试制出了一种带有双向装置的新汽缸。由此瓦特获得了他的

第三项专利。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

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

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

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。瓦特十分

重视学习和实践：学习，丰富了他的智慧；实践，结出了丰硕的成果。

2．蒸汽机与产业革命

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。”