改變歷史的六位科學家
特約作者 荀致遠 關雁龍
18世紀英國發明家瓦特，改良了蒸汽機，推動了人類向工業時代大步前行。
(接上期)
4.蒸汽機的改良者
1764年，瓦特在一次維修任務中接觸到了紐科門式蒸汽機。在修理紐科門式蒸汽機的過程中，他逐漸熟悉了蒸汽機的構造和原理，並且發現了這種蒸汽機存在兩個非常大的缺點：第一，活塞動作不連續而且很慢，不能很好地使用蒸汽。而活塞動作不連續會導致蒸汽機在使用的過程中，會出現頻繁的卡頓的情況。這就類似於我們乘坐的汽車，圓形的車輪是可以一直平穩轉動的，但如果輪子的轉動是轉一圈停一下呢？就好像司機踩了一下油門，立即又踩了剎車，車就會忽快忽慢，在這種情況下，乘坐的人們也會感覺非常不適；第二：蒸汽利用率低，浪費原料。也就是說，這個蒸汽機在使用時非常浪費能源。就像一個漏油的發動機一樣，即使已經給發動機準備了充足的燃料，可是因為這臺發動機在不斷的漏油，因此發動機真正用於工作的燃料就非常少，大部分都漏出去了，利用率非常低。
瓦特感覺這種蒸汽機使用起來太浪費了，因此他開始思考著如何對蒸汽機進行改良。
那麼他對蒸汽機做了什麼改進呢？
01第一次改良——安裝冷凝器
第一步，他在蒸汽機上安裝了冷凝器。在不斷的思考過程中，瓦特發現舊式蒸汽機效率低的一大原因就是每次工作一段時間後，都要用冷水將汽缸冷卻一次，而這個過程會消耗巨大的能量。
我們知道，蒸汽機其實就好像在燒開水，水燒開以後就會有蒸汽向上頂，蒸汽機就是利用這個力量來工作的。而汽缸就是用來盛放水的地方，蒸汽機每次好不容易把水燒開了，終於可以開始工作了，可是才工作沒一會兒，就需要澆冷水把汽缸冷卻掉。然而如果想要蒸汽機再次工作，又需要重新將汽缸內的水燒開，蒸汽機才能再次開始工作，如此往復循環，大部分的能量都被用於將汽缸內的水燒開了，用於工作的能量也就大大減少。
那麼瓦特怎麼解決這個問題的呢？他首先確定了冷卻汽缸的目的：把蒸汽冷卻重新變成水。那麼能不能不把汽缸降溫，就可以把蒸汽變成水呢？在產生這種設想以後，瓦特在同一年設計了一種帶有分離冷凝器的蒸汽機。
根據瓦特的構想，這種新的蒸汽機的熱效率將是老式紐科門蒸汽機的3倍。似乎這個問題就這樣輕易地被解決了。可是實際上呢，瓦特辛辛苦苦造出了幾臺蒸汽機，效果反而不如紐科門的蒸汽機，甚至四處漏氣，無法開動。他製作的蒸汽機甚至不能把蒸汽收集起來，蒸汽都跑掉了。
雪上加霜的是，在那個時代，製作一個蒸汽機是很昂貴的，瓦特的實驗使他欠了很多債務。但他沒有在困難面前退縮，他仍舊頂著巨大的壓力繼續進行試驗。直到解決了他的蒸汽機漏氣的問題，改良出了效率比舊式蒸汽機高得多的新式蒸汽機。而新式的蒸汽機也逐步被應用於各種工廠中。
02第二次改良——加隔熱層添潤滑油
瓦特在對蒸汽機進行了初步的改良後，並沒有就此滿足，僅僅用了3年時間，他就再次對蒸汽機進行了進一步的改良。他在汽缸的外面增加了隔熱層，就像給汽缸穿上了一層厚衣服，汽缸的熱量就不容易散發，這樣在汽缸加熱到一定程度後，維持溫度需要消耗的能量就會減少，消耗減少也意味著效率的提高；不僅如此，瓦特還在其他地方做了改良，比如他將活塞裝置中添加了潤滑油。在機械結構中使用潤滑油是非常常見的，我們也知道使用油是可以讓機器運動的更加順滑，不至於在工作過程中使機器磨損嚴重，但是在當時而言，瓦特的這一改進卻是意義非凡，加入油潤滑以後的機器損耗再次降低，效率在之前的基礎上再次得到提升。工廠有了先進的機器，也有了充足的能源，由此，人類向著工業時代大步前行。
（待續）
