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开启工业革命的大门 一个瘦弱的小男孩，坐在火炉边的小凳子上，专注地盯着火炉上烧开水的锅子。半个小时过去了，水烧开了，锅的盖子时常地向上腾起。“是什么力使锅盖往上升呢？”他自言自语着。他留意到当锅盖升起的一瞬间，有一股灼热的蒸汽从锅中逃逸出来。“哦，原来如此！”他明白了，肯定是这股蒸汽向上升腾的力气把锅盖举起来了！“既然一小股蒸汽可以掀起一个锅盖，更多的蒸汽不是可以推动更大、更重的东西吗?”带着疑问，长大后的小男孩最终改良了蒸汽机，点燃了西方工业革命的火种。 这个人，就是瓦特。 年轻的仪器制造师 1736年1月19日，瓦特诞生在苏格兰的一个富有商人家庭。父亲是个造船工程师，瓦特在父亲的工厂里度过了自己的少年时代，学会了操纵机械、运用器具，并驾驭了作为一名精密机械工应有的技术。 瓦特自小体弱多病，不能像其他同龄人一样按时上学，而是到11岁才进学校插班学习。在学校里，他被特许不参与体育活动，为此遭到了同学的讪笑与轻视。同学们都讥笑他是一个“愚钝”的孩子。直到13岁，在换了一所新学校后，瓦特才一改以前的“愚钝”，起先在学习中显露锋芒。 惋惜好景不长，因为身体缘由，瓦特不得不中断学业回到家中。利用辍学在家的机会，瓦特到父亲的工作室学习技术。在父亲的帮助下，瓦特拥有了自己的工具和工作台，并慢慢地迷上了这些手工活儿，使自己很快成为一个内行的手艺人。到了15岁，他立志要使自己成为一名科学仪器制造者。 1753年，是瓦特一生中最不幸的一年。在这一年，瓦特的母亲不幸去世，这对他无疑是一个沉重的打击。祸不单行的是他父亲由于经营亏损而破产，家庭生活变得特别困难。为了减轻父亲的负担，瓦特确定自谋出路，来到外婆家。 在外婆家，瓦特结识了格拉斯哥高校的罗伯特·迪克教授，并且与他结下了终身友情。在迪克教授的劝导与帮助下，瓦特来到伦敦学习数学仪器制作技术。为了找到名师，瓦特历经千辛万苦，最终最终投奔到摩根的门下。自古磨难出英雄，艰苦环境熬炼出人的意志。在那儿，瓦特工作特别刻苦，每天在作坊里工作长达12小时。为了维持生活，他还不得不利用早晨和夜间的时间去帮别人干活。工夫不负有心人，还没到出师的时间，瓦特就已制造出技术高、难度大的航海仪器、经纬仪、指南针等一批仪器。艰苦的学徒生活，繁重的体力劳动，使体质原来就柔弱的瓦特难以承受了。但靠着坚毅的毅力，瓦特始终熬到学徒期满才启程回家。 在父亲那里养息了一段时间后，瓦特前往格拉斯哥城拜见迪克博士。迪克教授交给了瓦特一项工作修复一批价值昂贵的天文仪器。怀着满腔热忱，带着众人的希望，瓦特不断地对仪器细心检修和调试，这批天文仪器最终被修复得完好如初。他的才华也就在这时获得了专家教授们的一样好评。由此，瓦特被格拉斯哥高校聘为“数学仪器制造师”。那年，瓦特只有20岁。 蒸汽机带来的困惑 早在公元前2世纪，人类对蒸汽的相识和利用已有肯定的学问。到了16101年，托马斯·萨弗里依据蒸汽推动力原理，制造了蒸汽泵以解决矿井排水的困难，但它的排水实力非常有限。到1732年，铁匠纽可门在萨弗里的基础上胜利地独创第一台较为好用的蒸汽机， 在矿山、城市供水和农田浇灌等方面得到普遍地推广。不过纽可门蒸汽机效率低、耗煤量大，有“煤老虎”之称。而且它是活塞式往复运动，不能作为其他机器的动力机。 格拉斯哥高校有一台纽可门蒸汽机模型。这台模型蒸汽机虽然配有一个相当大的蒸汽锅炉，但仍旧无法供应足够的蒸汽维持蒸汽机的持续运行。1763年，格拉斯哥高校交给瓦特一份修理纽可门式气压蒸汽机模型的工作。瓦特从未见过纽可门式蒸汽机，这送上门来的工作可谓天赐良机。通过检查，他发觉了毛病所在，并马上修理了模型。为了证明修理的胜利，瓦特确定最终检测一次，他给小锅炉灌满水，点火，蒸汽产生了！接着活塞起先上下活动，机器渐渐地转动起来了。本以为大功告成了，可是好景不长，发动机做完第五个冲程后马上停止了转动。 经过不断地视察和探讨，瓦特发觉，用蒸汽加热汽缸，再用水冷却是不合理的。由于当时热力学理论水平的限制，瓦特无法找到上述问题存在的缘由。带着疑问他走访了布莱克教授，在布莱克教授的启发下，他最终找出了该蒸汽机的毛病。原来在其气缸充蒸汽、冷却的交替过程中，蒸汽机中有很大一部分热量被消耗了，这部分热量没有用于做功，而是用于加热被冷水降温后的气缸。气缸由101在冷凝蒸汽过程中被降至20，虽然得到了真空，却又需马上复原到101。这样一热一冷，有4/5的蒸汽热量损失了，造成了燃料消耗大、热量供不上，从而导致了停机。 没有冷凝就不能形成真空，没有真空就没有蒸汽动力，而降温后气缸又需耗费大量蒸汽再加热气缸，造成热效率不高。怎样才能既可以产生真空又能保持气缸不降温呢？这正是当时难以解决的冲突。 1765年1月，一个晴朗的下午，瓦特独自一人在草地上漫步，脑海里始终在琢磨着蒸汽机。当他走过校内洗衣房时，一个奇异的设想出现在他的脑海里：蒸汽可以流淌，它无孔不入，假如在气缸和排气室之间有一个通道的话，那么蒸汽就会涌进这个排气室，并让它在那里冷凝，而无须用冷水喷洒气缸。这样，只要运用纽可门式引擎上的喷嘴，就可以解决冷凝蒸汽和注水的问题。瓦特最终找到了答案，即在气缸外附加一个与之相通的冷凝蒸汽的容器。 瓦特兴奋极了，其次天，瓦特就迫不及待地来到工作室，根据他的设想制成了第一台简洁而粗糙的分别式冷凝器。试验起先了，把冷凝器安装在纽可门引擎模型上，并往冷凝器里注冷水；给锅炉加热，蒸汽从气缸进入冷凝器被冷却，气缸内形成了真空；在大气压力和蒸汽膨胀力的双重作用下，活塞最终上下活动了。“胜利了!”瓦特兴奋地大叫一声。 点燃工业革命的火种 分别式冷凝器的设计胜利给了瓦特极强的信念，使他一反意志消沉和自我怀疑的心态，轻松开心地进行自己的试验。 然而，任何事情的发展总不是一帆风顺的。纽可门式引擎热效率低的主要缘由是在汽缸内冷凝蒸汽奢侈了大量热量，但这并不是唯一缘由，活塞漏气也是其缘由之一。瓦特的分别式冷凝器虽然解决了保持恒温问题，但尚无方法解决活塞漏气的问题。 在瓦特改良蒸汽机的过程中，企业家罗巴克赐予他很大的资金支持。但瓦特起先的设计并不合理，产品销路不广，连累罗巴克本人濒于破产，罗巴克便把瓦特介绍给了企业家博尔顿。博尔顿欣然担当瓦特的赞助人，但瓦特又差点把博尔顿弄破产。恰逢此时，机器加工技术的进步又为瓦特的胜利供应了牢靠的条件。原本用于加工大炮弹道内壁的镗床的独创，解决了使瓦特伤透脑筋的活塞漏气问题。瓦特用镗床加工汽缸内壁，大大提高了气缸的精密度，解决了过去的锻造方式造成的不圆不匀，导致活塞与气缸之间的间隙过大而漏气的问题。 在博尔顿的建议启发下，瓦特于1776年3月制成了两台通用动力机：一台是为一个煤矿研制的直径为127厘米的排水用蒸汽机，另一台是为一工厂设计的75厘米的给高炉鼓风的蒸汽机。新型蒸汽机在供应同样动力的状况下，所消耗的燃料只有纽可门式引擎的1/4。 为了精益求精和适应各行各业的需求，1781年瓦特又独创了一些附加的机械装置，使蒸汽机由单一动力机成为用于一切动力机械的“万能原动机”。新的真正的蒸汽时代起先了。 瓦特蒸汽机的独创，对近代工业的影响是不行估量的。它促进了资本主义经济的发展，引起纺织、采矿、钢铁、机械和交通运输等各行业一连串的连锁反应。从今人类结束了总是一脸无可奈何神色的孩童时期，在喜怒无常的大自然面前第一次感到自己的力气。 1819年8月25日，瓦特在靠近伯明翰的家里去世。他的讣告中是这样形容他改进的蒸汽机的：“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。它为机械动力在将来创建奇迹打下了坚实的基础，将有助并报偿后代的劳动。” 上期头脑奥林匹克答案 你会心算吗？ （2÷345）×6 10 考古学家 将每个图形的右半边盖住，你会望见数字1、3、5、7。下一个符号明显是9，当然，还要在右边加上一个反写的9。 一塌糊涂 B 怎么过河？ 旅行者先将白萝卜解下来，把驴子带过河。然后回去把老虎带过河，同时将驴子带过来。接着把驴子放下，将白萝卜带到对岸，最终再回来带驴子过河。 茅山道士捉鬼 房间号、间隔天数之间的相互关系是：房间号×间隔天数-间隔天数下一次的房间号。因此，下次出现是：9×4432号房。 巧分六角星 第7页 共7页第 7 页 共 7 页第 7 页 共 7 页第 7 页 共 7 页第 7 页 共 7 页第 7 页 共 7 页第 7 页 共 7 页第 7 页 共 7 页第 7 页 共 7 页第 7 页 共 7 页第 7 页 共 7 页