蒸汽机的发明——以蒸汽为动力的时代
蒸汽机的出现对人类有非常重要的意义。
蒸汽机是将蒸汽的能量转换为机械功的往复式动力机械。蒸汽机的出现对人类有非常重要的意义，它的出现引起了18世纪的第一次科学技术革命，开创了以机器代替手工劳动的时代，蒸汽机作为动力机被广泛使用，直到20世纪初，它仍然是世界上最重要的原动机。
当人们谈起蒸汽机时总会把它与瓦特联系在一起，认为是瓦特发明了蒸汽机，其实不然。古希腊数学家希罗(Hero of Alexandria)于1世纪发明的汽转球(Aeolipile)，是蒸汽机的最早雏形。1679年法国物理学家丹尼斯·巴本在观察蒸汽逃离他的高压锅后，制造了第一台蒸汽机的工作模型。1698年托马斯·塞维利、1712年托马斯·纽科门和1769年詹姆斯·瓦特制造了早期的工业蒸汽机，他们对蒸汽机的发展都做出了自己的贡献。
1764年，学校请瓦特修理一台纽科门式蒸汽机，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，既然纽科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，据瓦特所作的理论计算，这种新的蒸汽机的热效率将是纽科门蒸汽机的三倍。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科门蒸汽机，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，但效果反而不如纽科门蒸汽机，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却步，继续进行试验。幸运的是，一个朋友把瓦特介绍给一个十分富有的企业家——罗巴克，他在苏格兰的卡隆开办了第一座规模较大的炼铁厂。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，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科门蒸汽机的过程中的第一项专利。瓦特的蒸汽机同纽科门蒸汽机相比，除了热效率有显著提高外，虽然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，但是这依然是现代意义上的第一台蒸汽机。
蒸汽机的出现和改进促进了社会经济的发展，但同时经济的发展反过来又向蒸汽机提出了更高的要求，如要求蒸汽机功率大、效率高、重量轻、尺寸小等。尽管人们对蒸汽机作过许多改进，不断扩大它的使用范围和改善它的性能，但是随着汽轮机和内燃机的发展，蒸汽机因存在不可克服的弱点而逐渐衰落。蒸汽机有很大的历史作用，它推动了机械工业甚至社会的发展，解决了大机器生产中最关键的问题，推动了交通运输空前的进步。随着它的发展而建立的热力学为汽轮机和内燃机的发展奠定了基础；汽轮机继承了蒸汽机以蒸汽为工质的特点，以及采用凝汽器以降低排汽压力的优点，摒弃了往复运动和间断进汽的缺点；内燃机继承了蒸汽机的基本结构和传动形式，采用了将燃油直接输入汽缸内燃烧的方式，形成了热效率高得多的热力循环；同时，蒸汽机所采用的汽缸、活塞、飞轮、飞锤调速器、阀门和密封件等，均是构成多种现代机械的基本元件。［2,3］
蒸汽机的发明使蒸汽的动力替代了人类原始的人力、畜力以及风力和水力等自然能源，把人类带进了工业大生产时代，深刻地改变了整个社会的形态和人们的生产生活方式，它引领着人类进入快速发展时期。蒸汽机的发明是人类智慧的结晶，体现了一代代科学家的不懈努力，反映了人类认识自然和改造自然的能力，具有划时代的意义。然而正如马克思所说，新事物是在旧事物的母体中孕育产生的，它汲取了旧事物中的合理的、积极的因素，增添了旧事物所不能容纳的新内容，并抛弃、克服了旧事物中过时的、腐朽的、消极的因素，因而具有旧事物不可比拟的优越性，新事物符合事物发展的必然趋势，具有强大的生命力和远大的发展前途。蒸汽机的发明在一定的时期内是新事物，能够推动社会的发展；而当社会发展到一定的时期，它终将变为旧事物并被更新的事物所替代，电气时代应运而生。
摘自《科技史与方法论》清华出版社授权登载
