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蒸汽机的发明工业革命找到动力（第1页）

蒸汽机的发明—工业革命找到动力

一个人的奋斗，不论成败，只是在把世界雕琢完美，尽你所能，沉静和坚毅地尽力去做。在世界科技史上，有一位学徒出身的科学家、发明家，以自己的聪明才智，完成了人类社会急需的一种伟大发明，为人类历史发展做出了极大的贡献。这个人就是发明蒸汽机的瓦特。

科学巨匠的少年时代

詹姆斯·瓦特１７３６年１月１９日出生于英国格拉斯哥市附近的一个小镇，祖父和叔父都是机械工匠，父亲原来是个造船技术工人，后来自己经营过造船和建筑，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，并养成了一种独立思考和探索奥秘的兴趣和习惯。关于这个，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。

由于体弱多病，瓦特没有受过完整的正规教育。他曾经就读于格里诺克的文法学校，数学成绩特别优秀，但没有毕业就退学了。但是，他在父母的教导下，一直坚持自学。瓦特很早就对物理和数学产生了兴趣，从１３岁开始学习几何学，到１５岁时就学完了《几何原理》等书籍。他常常自己动手修理和制作起重机、滑车和一些航海器械。１７５３年，瓦特到格拉斯哥市当徒工。由于收入过低不能维持生活，第二年他又到伦敦的一家仪表修理厂当徒工。凭借着自己的勤奋好学，他很快学会了制造那些难度较高的仪器。但是繁重的劳动和艰苦的生活损害了他的健康，一年后，他不得不回家休养。

１７５６年，当身体稍有好转，瓦特再次踏上了坎坷的道路来到格拉斯哥市。他想当一名修造仪器的工人，但是因为他的手艺没有满师，当时的行会不允许。幸运的是，瓦特的才能引起了格拉斯哥大学教授台克的重视。在他的介绍下，瓦特进入格拉斯哥大学当了修理教学仪器的工人。在那里，他认识了化学家约瑟夫·布莱克和约翰·鲁宾逊等，并从他们那里学到了很多科学理论知识。１７６４年８月，瓦特与表妹玛格丽特·米勒结了婚。

推动整个世界文明向前跑

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２世纪，古希腊人就制造过一种利用蒸汽喷射产生反作用的发动机。

１６９８年，法国物理学家巴本创造性地设计了汽缸——活塞装置。这个装置源于高压锅上压力阀所受的重力（自身重量）是由锅内蒸汽的压力（作用在阀上）来平衡的这个现象。如果锅内压力超过阀的重量，阀就将被推起，这时如果使压力阀和压力锅间既能有相对的运动又能形成一个封闭的容器，那么压力阀就变成了“活塞”，压力锅也就变成“汽缸”了。至于活塞被蒸汽推起后返回其原来位置的运动，可以靠使蒸汽冷凝而由外部的大气压力的推动来完成。也许因为巴本毕竟是物理学家而不是一位工程师或熟练工人的缘故，他未能把这个聪明的设想完善到可以实际应用的程度。

在巴本之后，英国工程师托马斯·塞维利修改了巴本的设想，于１６９８年，设计发明了第一台实际应用于矿井抽水的蒸汽机，第一次真正把蒸汽变成了工业动力。但是这种机器还是有许多缺陷必须克服：它的热损失极大，效率很低；由于靠大气压力汲水，使其工作受到限制；而且也很不安全。

１７０５年英国锻工托马斯·纽可门在另一位工人考利的帮助下，发明了一种更加适用的大气活塞式蒸汽机，他将从矿井里抽水的工作机和为它提供动力的蒸汽装置完全分开，并且使蒸汽装置的活塞运动回程靠摇秆的不平衡在重力的作用下自然实现。这样，便保证了蒸汽机的安全运行，并且也较塞维利蒸汽机大大减少了热量的损失，提高了扬程，从而降低了它的运行成本。

１７６３年，格拉斯哥大学请瓦特修理一台纽可门蒸汽机。他通过大量实验以及根据格拉斯哥大学教授布莱克提出的潜热、比热理论进行分析，对旧式蒸汽机进行深入研究，找出了旧式机器效率低的主要原因：除了漏汽、散热等造成热量的浪费外，主要缺陷在于每一冲程都要用冷水将汽缸冷却一次，从而消耗了大量热量，使绝大部分蒸汽没有被有效利用。针对这一缺陷，瓦特提出了减少蒸汽消耗、提高热机效率的两项措施：一，为了使汽缸始终保持蒸汽所必须具有的温度，必须在汽缸外加上绝热外套或用其他方法对汽缸加热；二，使作功后的蒸汽尽可能快地冷却，液化成水并要使这一过程在汽缸外进行。

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，既能把做功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消耗热量，据瓦特计算，这种新的蒸汽机的热效率将是纽可门蒸汽机的三倍。但当瓦特辛辛苦苦造出了几台新式蒸汽机，效果反而不如纽可门蒸汽机，甚至四处漏气，无法开动。试验的失败使瓦特债台高筑。当布莱克知道瓦特的困境后，把瓦特介绍给了自己一个十分富有的朋友——化工技师罗巴克。罗巴克对３０来岁的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，在三年多的时间里，瓦特克服了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可门蒸汽机过程中的第一项专利。第一台带有冷凝器的蒸汽机虽然试制成功了，但它同纽可门蒸汽机相比，除了热效率有显著提高外，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。

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，于是他又把瓦特介绍给了工程师兼企业家博尔顿。瓦特自与博尔顿合作之后即在资金、设备、材料等方面得到大力支持，随即又生产了两台带分离冷凝器的蒸汽机。由于没有显著的改进，这两台蒸汽机并没有得到社会的关注。这两台蒸汽机耗资巨大，使博尔顿也濒临破产，但他仍然给瓦特以慷慨的赞助。自１７６９年试制出带有分离冷凝器的蒸汽机样机之后，瓦特就已看出热效率低已不是他的蒸汽机的主要弊病，而活塞只能作往返的直线运动才是它的根本局限。１７８１年，瓦特从行星绕日的圆周运动受到启发，想到了把活塞往返的直线运动变为旋转的圆周运动就可以使动力传给任何工作机。同年，他研制出了一套被称为“太阳和行星”的齿轮联动装置，终于把活塞的往返的直线运动转变为齿轮的旋转运动。为了使轮轴的旋轴增加惯性，从而使圆周运动更加均匀，瓦特还在轮轴上加装了一个飞轮。由于对传统机构的这一重大革新，瓦特的这种蒸汽机才真正成为了能带动一切工作机的动力机。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，瓦特在发明齿轮联动装置之后，对汽缸本身进行了研究，发现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，就可以让蒸汽既能推动活塞向上运动又能推动活塞向下运动。那末，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。把原来的单向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汽机。

影响

由于瓦特把蒸汽机的往复直线运动变成为连续而均匀的圆周运动，从而可以经过传动装置带动一切机器运转，成为能普遍用于工业和交通运输业的“万能动力机”。这种高效率的蒸汽机很快取代了旧式的蒸汽机，被各工业部门迅速采用。从此，动力机、传动机和工作机组成了机器生产系统，成为产业近代化的核心。

到１９世纪３０年代，蒸汽机广泛应用到纺织、冶金、采煤、交通等部门去，很快引起了一场技术革命。美国人富尔顿发明了用瓦特蒸汽机作动力的轮船，英国人史蒂芬逊发明了用瓦特蒸汽机作动力的火车。瓦特的蒸汽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”。

第四部分工业革命第48节库克船长的发现

澳大利亚、新西兰、夏威夷无疑是现代世界的组成部分，但是在英国著名航海家库克船长在澳洲登陆之前，文明社会没有人知道在太平洋的中南部，还有一个面积达到近８００万平方公里的“南方大陆”。由于库克的发现，世界地图扩大了８００万平方公里的陆地。和哥伦布一起，库克为地理大发现做出了重要贡献。

发现澳洲

詹姆斯·库克是英国的一位探险家、航海家和制图学家。他由于进行了三次探险航行而闻名于世。通过这些探险考察，詹姆斯·库克为人们增添了关于大洋——特别是太平洋的地理学新知识。库克虽然没有科学背景，但他努力学习数学，以便赋予其航行以尽量多的科学意义。他绘制的航海图力求精确。１７６６年，他曾经观察到一次日食，并利用它测定了纽芬兰的经度。他也是第一个注意到并且实际应用新鲜的酸橙汁来防治坏血病的人，这在当时的极地探险和考察中具有特别重要的意义。

库克于１７２８年１０月２７日出生于英国约克郡的一个贫苦农民家庭里。１８岁时，他在一家船主那里找到一项工作并且到波罗的海作了几次航行。当英法战争爆发时，他作为一名强壮的水手应征到皇家海军服役，不到一个月就被提升为大副，四年之后升为船长。１７５９年，他被任命指挥一艘舰船参加了圣·劳伦斯河上的战斗。１７６３年，战争结束之后，库克作为纵帆船“格伦维尔”号的船长承担了纽芬兰、拉布拉多和新斯科舍沿岸的调查工作。在四年多的时间里他取得了许多重要成果。这些成果后来由英国政府予以发表。

１７６８年８月２６日，库克率领“促进”号启航去调查太平洋中的维纳斯航道并考察该海区的新岛屿。伴随他的有一名天文学家、两名植物学家和一名善长博物学的画家——约瑟夫·班克斯。他先向南航行，后向西转弯，绕过合恩角，于１７６９年４月１３日到达塔希提岛。调查了维纳斯航道之后，库克又于６月３日观察了金星凌日现象，随后他的调查船驶向新西兰。在那里库克逗留了六个月的时间并把两个岛屿标绘在海图上。为了绕地球一周，库克船长决定继续向西航行，取道好望角回国，经过２０天航行，他们来到澳大利亚，在这里库克船长发现了袋鼠。库克船长把澳大利亚东海岸命名为新南威尔士，并以乔治三世的名义宣布了英国对这个大陆的占领。库克船长继续向西穿过澳大利亚和新几内亚之间的海峡，经爪哇，取道印度洋，绕过好望角返回英国。他到达英格兰的时间是１７７１年７月１２日。这是他的第一次航行。

现在在墨尔本费洛伊公园内有一间小屋，就是为了纪念库克船长发现澳洲，在１９３４年维多利亚州成立100周年时，由当时英国的拉塞尔·格里姆韦德爵士赠送给墨尔本市的。小屋的原型始建于１７７０年的英国，在库克船长死后被拍卖。当时，为了“迁移”它，人们费尽心思———先画出图纸，然后把原屋的一砖一瓦运到墨尔本，再一点一点对照图纸拼装而成。小屋保留了原屋的风貌，就连屋上的藤蔓也是靠英国的种子长出来的。

在１７７２年７月１３日，库克再次从英格兰启航，进行第二次远航。他这次航行的目的是想去验证“在南方还存在着一个大陆”的报道。

这个所谓的“南方大陆”，就是后来世人熟知的南极洲大陆。库克船长是最早探索这片大陆的探险家之一，为后来的南极洲探险奠定了重要基础。１７７２～１７７５年，库克船长率两艘独桅帆船“决心号”和“冒险号”三次穿过南极圈，并于１７７４年１月３０日到达南纬７４度１０分，西经１０６度５４分的海面。在没有破冰船的时代，靠木帆船来穿过这一片无边无际的冰田，根本就是不可能的事，地球上最后一个未知大陆的神秘大门，就这样在库克面前关上了。不过，库克是第一个闯进南极圈的航海家，他的航海记录保持了５１年之久。在南极洲虽然没有留下以他命名的地名，但他此前穿过的新西兰南岛与北岛间的海峡和太平洋中的一处群岛已被命名为库克海峡和库克群岛。

在这次航海中，库克船长还将复活节岛和马克萨扬群岛绘进了海图，并且访问了新喀里多尼亚岛和诺褐克岛。他还在麦哲伦海峡测绘了火地岛和斯塔吞岛，又在南大西洋中测绘了南乔治亚岛，发现了南桑德韦奇群岛。１７７５年７月２９日他再次从好望角返航到英国，完成了在南半球高纬度地区绕地球一周的航海。

发现夏威夷和太平洋探险时代的结束

库克第三次、也是最后一次航海是１７７６年７月１２日从英格兰启航的。这次的目标是考察北太平洋和寻找绕过北美洲到大西洋的航道。绕过好望角之后，库克横渡印度洋到达新西兰。从那里又航行到塔希提岛。随后他们继续北行，在圣诞节前夜发现了一个小岛。这个小岛被库克命名为“圣诞岛”。进一步向北航行，他发现了夏威夷群岛。夏威夷群岛后来成为美国的一个州，著名的军事海港——珍珠港，就位于夏威夷群岛之中，第二次世界大战中，日军偷袭珍珠港成功，揭开了太平洋战争的序幕。

１７７８年１月１８日，库克的“决心号”和“发现号”发现了瓦胡岛，并于１月２０日在考爱岛登陆，上岛后船员们用铜章和铁钉与当地人换取鱼、猪肉和山药。在这里，船员们被岛上妇女的“友好”举动所吸引。实际上，岛上居民是要试探这些海外来客到底是神还是有着人类欲望的普通人。水手们的行为让他们确信无疑，知道他们也是普通的人类，只不过来自遥远的未知大陆。但是这种尝试使许多英国水手染上了性病。

库克船长用他的赞助人英国海军大臣桑威奇伯爵的名字将他发现的岛命名为桑威奇群岛，随后继续航行到阿拉斯加。阿拉斯加后来也成为了美国的一个州，而且是美国最大的一个州。一年后库克船长又返回夏威夷群岛，并用两个月的时间试图在毛伊岛寻找一个港口，但被证明是徒劳的。不过在这期间，随行的威廉·布莱上尉绘制出这片海岸的地图。

船队最后来到了夏威夷岛（大岛）。谁知在这里发生了一系列奇异和致命的事件。１７７９年１月１６日，库克船长航行到凯阿拉凯夸湾。当时这里正在举行一个纪念洛诺神的仪式。据当地土著居民的传说，洛诺神有一天会降临地球。神话中的洛诺神是一个站在桅杆形柱子上的小个子，身披船帆一样的树皮布斗篷。库克船长的到来似乎应验了这种预言。于是他和他的船员们被领入一个寺庙，在那里受到对待上帝般的礼遇。当地人把他们当作洛诺神供养，希望他们能够降福给他们，但不幸的是，库克船长并不能给他们带来幸福。当地人逐渐对库克船长一行产生了怀疑。

更为不幸的是，过了几个星期后，库克船长的一个船员死了，这个船员的死，给库克船长带来了灾难，因为在夏威夷人眼中，洛诺神是不会死的。于是他们明白了这些白人也是人。从此以后，双方的关系迅速恶化。有一次，一群夏威夷人从库克船长的“发现”号上偷走了一条救生船，双方的矛盾彻底激化。就在这危难的时候，库克船长却采取了非常不恰当的措施：他掳获了卡拉尼奥普酋长，想用他换回救生船。但这个未经熟虑的策略却导致了更大的冲突，双方正式进入战争状态。在这场冲突中，英国人用火炮利箭打死１７名当地人，土人们则用木棍石器还击，把库克船长和４名水手击毙，按照惯例，大卸八块，分而食之。英国船员见状，一拥而上，沿途烧杀过去，将七零八落的尸首夺回。然后用死者的帆布吊床把残骸缠成一袋，举行海葬。时年库克船长５１岁。

尽管库克船长在所有的航行中都特别注意照顾自己的人员和下属，在所有考察中都特别强调和平的努力，而且卓有成效，但最终还是死在愚昧与暴力的屠刀之下，实在令人惋惜。库克船长是人类太平洋探险时代中最为重要的领军人物，他的死亡，宣告了太平洋探险时代的结束。

影响

库克船长在人类探险史上具有重要的地位，一直到现在，库克船长的形象，还是许多探险故事、特别是一些动画片中的主人公。由于库克船长的太平洋探险，人类发现了今天太平洋上的许多地方，澳大利亚、新西兰、夏威夷等陆地为文明社会所了解，并且逐渐成为世界的一部分，它大大改写了太平洋地区的地图，也改变了世界的版图。不久的将来，将是太平洋的时代，从这一点上看，库克船长的发现，具有伟大的历史意义。