蒸汽機對歷史的影響

蒸汽機對歷史的影響

解決了工業發展中的動力問題。自此以后，只要有煤作燃料開動蒸汽機，就可根據需

要建立工廠，不再受河流的限制。促使工業革命轟轟烈烈地展開，出現了發明和使用機器

的熱潮。瓦特蒸汽機應用于運輸業中，導致蒸汽輪船和機車出現，交通運輸業發生了徹底

變化，人們的交往更加方便，經濟和文化聯系也日益密切，世界日益成為一個整體。 推

動人類社會由此進入“蒸汽時代”。蒸汽機是工業革命時期最偉大的發明。蒸汽機的廣泛

利用，促使工場手工業作坊轉變為機器大工業工廠，真正意義上的社會化大生產逐漸形成。

工業化的進程加快了。──歷史已跨進了一個新的時代。造成了環境污染。那些高聳入云

的煙囪，噴出縷縷煙霧，龐大的廠房，發出隆隆的轟鳴，打破了原來中世紀田園生活的恬

靜，為此人類付出了沉重的代價。

蒸汽機有很大的歷史作用，它曾推動了機械工業甚至社會的發展，解決了大機器生產

中最關鍵的問題，推動了交通運輸空前的進步。隨著它的發展而建立的熱力學和機構學為

汽輪機和內燃機的發展奠定了基礎;汽輪機繼承了蒸汽機以蒸汽為工質的特點，和采用凝

汽器以降低排汽壓力的優點，摒棄了往復運動和間斷進汽的缺點;內燃機繼承了蒸汽機的

基本結構和傳動形式，采用了將燃油直接輸入汽缸內燃燒的方式，形成了熱效率高得多的

熱力循環;同時，蒸汽機所采用的汽缸、活塞、飛輪、飛錘調速器，閥門和密封件等，均

是構成多種現代機械的基本元件。

工業革命的產生一部分原因是因為蒸汽機的改良瓦特沒有發明蒸汽機，他只是改良，

而蒸汽機車的產生也是因為蒸汽機的改良以及后人的應有而產生的，當時英國鼓勵發明，

并且在人口增加需要增加生產速度之時，便開始有人努力的改進當時的生產設備，瓦特便

是其中之一，而瓦特改良蒸汽機導致一系列技術革命引起了從手工勞動向動力機器生產轉

變。因此蒸汽機的改良絕對是促成工業革命的原因之一。而蒸汽機車是一種以蒸汽引擎作

為動力來源的鐵路機車，因此若沒有蒸汽機的改良便不可能有這項交通工具的誕生。

世界上第一臺蒸汽機是由古希臘數學家亞歷山大港的希羅Hero of Alexandria于1

世紀發明的汽轉球Aeolipile，是蒸汽機的雛形。

約1679年法國物理學家丹尼斯·巴本在觀察蒸汽逃離他的高壓鍋后制造了第一臺蒸

汽機的工作模型。約與此同時薩繆爾·莫蘭也提出了蒸汽機的主意。

1698年托馬斯·塞維利、1712年托馬斯·紐科門和1769年詹姆斯·瓦特制造了早期

的工業蒸汽機，他們對蒸汽機的發展都做出了自己的貢獻。1807年羅伯特·富爾頓第一個

成功地用蒸汽機來驅動輪船。瓦特運用科學理論，逐漸發現了這種蒸汽機的毛病所在。從

1765年到1790年，他進行了一系列發明，比如分離式冷凝器、汽缸外設置絕熱層、用油

潤滑活塞、行星式齒輪、平行運動連桿機構、離心式調速器、節氣閥、壓力計等等，使蒸

汽機的效率提高到原來紐科門機的3倍多，最終發明出了現代意義上的蒸汽機。

16世紀末到17世紀后期，英國的采礦業，特別是煤礦，已發展到相當的規模，單靠

人力、畜力已難以滿足排除礦井地下水的要求，而現場又有豐富而廉價的煤作為燃料。現

實的需要促使許多人，如英國的帕潘、薩弗里、紐科門等就致力于"以火力提水"的探索和

試驗。

最初的真空蒸汽機被用來將礦井里的水抽出來。紐科門的蒸汽機將蒸汽引入氣缸后閥

門被關閉，然后冷水被撒入汽缸，蒸汽凝結時造成真空。活塞另一面的空氣壓力推動活塞。

在礦井中聯結一根深入豎井的桿來驅動一個泵。蒸汽機活塞的運動通過這根桿傳到泵的活

塞來將水抽到井外。

第一個巨大的改善是將氣缸與凝結缸通過一個閥門分開。瓦特在伯明翰發明了這個改

進。這個改進提高了蒸汽機的效率。下一個改進是將閥門的操作自動化。

這些早期的真空蒸汽機的效率有限，但它們比較安全，因為它們的壓力比較低，在物

質發生損壞的情況下機器向內收縮，而不是向外爆炸。它們的效率受外部氣壓、氣缸變形、

燃燒和沸騰的效率和凝結能力的限制。理論最高效率受水在普通大氣壓下比較低的沸騰溫

度限制。使用高溫高壓的蒸汽為蒸汽機的效率帶來了巨大的提高。但這種蒸汽機比真空蒸

汽機危險得多。鍋爐和機器的爆炸造成了許多大事故。安全閥在這里帶來了很大的改進，

在壓力過高的情況下安全閥放氣減壓。但真正保證安全只有依靠建造、運行和維護的經驗

和安全規則。

薩弗里制成的世界上第一臺實用的蒸汽提水機，在1698年取得標名為"礦工之友"的

英國專利。他將一個蛋形容器先充滿蒸汽，然后關閉進汽閥，在容器外噴淋冷水使容器內

蒸汽冷凝而形成真空。打開進水閥，礦井底的水受大氣壓力作用經進水管吸入容器中;關

閉進水閥，重開進汽閥，靠蒸汽壓力將容器中的水經排水閥壓出。待容器中的水被排空而

充滿蒸汽時，關閉進汽閥和排水閥，重新噴水使蒸汽冷凝。如此反復循環，用兩個蛋形容

器交替工作，可連續排水。

薩弗里的提水機依靠真空的吸力汲水，汲水深度不能超過六米。為了從幾十米深的礦

井汲水，須將提水機裝在礦井深處，用較高的蒸汽壓力才能將水壓到地面上，這在當時無

疑是困難而又危險的。

紐可門及其助手卡利在1705年發明了大氣式蒸汽機，用以驅動獨立的提水泵，被稱

為紐科門大氣式蒸汽機。這種蒸汽機先在英國，后來在歐洲大陸得到迅速推廣，它的改型

產品直到19世紀初還在制造。紐科門大氣式蒸汽機的熱效率很低，這主要是由于蒸汽進

入汽缸時，在剛被水冷卻過的汽缸壁上冷凝而損失掉大量熱量，只在煤價低廉的產煤區才

得到推廣。

汽機，并于1769年取得了英國的專利。初期的瓦特蒸汽機仍用平衡杠桿和拉桿機構來驅

動提水泵，為了從凝汽器中抽除凝結水和空氣，瓦特裝設了抽氣泵。他還在汽缸外壁加裝

夾層，用蒸汽加熱汽缸壁，以減少冷凝損失。

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