科技日历|瓦特发明了蒸汽机，原来不是观察厨房烧开水得到的灵感？

284年前的今天，1736年1月19日，著名科学家瓦特出生。

许多人知道瓦特都是由于其发明蒸汽机的故事登上了广大中学课本。詹姆斯·瓦特(1736年1月19日-1819年8月25日)，苏格兰乐器制造商和发明家，他的蒸汽机对工业革命做出了重大贡献。

早年经历

瓦特出生于苏格兰伦弗鲁郡的格林诺克，他的父亲是格林洛克的财务主管和地方官员，他经营着一家成功的轮船和房屋建筑公司。

瓦特是个身体纤弱的孩子，母亲曾在家里教过他一段时间。后来，在文法学校，他学习了拉丁语、希腊语和数学。

他的教育的一个重要部分的来源是他父亲的车间，在那里，他用他自己的工具(长凳和锻炉)做了不少模型(例如，起重机和桶风琴)，并逐渐熟悉了船舶的仪器。

17岁时，瓦特决定成为一名数学仪器制造者，他首先去了格拉斯哥，他母亲的一个亲戚在那里的一所大学教书，然后在1755年他去了伦敦，在那里他找到了一位大师。

尽管他的健康状况在一年内就恶化了，但在那段时间里，他已经学会了足够的东西，“可以像大多数熟练工人一样工作”。

回到格拉斯哥后，他于1757年在大学里开了一家商店，制造数学仪器(如象限仪、圆规、天平)。

他遇到了许多科学家，并成为英国化学家、物理学家约瑟夫·布莱克的朋友，后者提出了物态相变中的潜热的概念。

1764年，他与表妹玛格丽特·米勒结婚，9年后米勒去世，给他生了6个孩子。

瓦特与蒸汽机

关于瓦特发明蒸汽机的故事，许多人都认为是瓦特在厨房里看祖母做饭时，注意到开水沸腾顶开壶盖的自然现象，因此得到了蒸汽机的灵感。

但实际上，在瓦特之前，就已经有了一种纽科门蒸汽机。这种蒸汽机是由英国工程师纽科门(Newcomen)所发明，纽可门1705年就已经取得了“冷凝进入活塞下部的蒸汽和把活塞与连杆联接以产生运动”的专利权，并于1712年首次制成可供实用的大气式蒸汽机。

1764年，瓦特在格拉斯哥大学当仪器修理工的时候，有一日需要修理纽科门型号的蒸汽机。瓦特在修理过程中发现了纽科门蒸汽机存在的一些问题：由于汽缸时冷时热，蒸汽的利用率很低，而且活塞的活动时断时续，速度比较慢，很容易漏气。

瓦特已经意识到潜热的损失(改变一种物质状态所涉及的热量)。纽科门发动机最严重的缺陷是冷凝，因此冷凝必须在与气缸不同但又相连的舱内进行。

1765年5月，在努力解决如何改进冷凝器的问题之后，他突然想到了一个解决方案——独立冷凝器，这是他的第一个也是最伟大的发明。

不久之后，瓦特遇到了英国内科医生、化学家、发明家约翰·罗巴克(Carron Works的创始人)，罗巴克敦促他制造一台发动机。

1768年，在约瑟夫·布莱克的贷款帮助下，他制造了一个小型测试发动机，并与罗巴克建立了合作关系。

第二年，瓦特取得了一项著名的专利，发明了一种减少消防车蒸汽和燃料消耗的新方法。

与此同时，瓦特在1766年成为一名土地测量员;在接下来的八年里，他一直忙于为苏格兰的运河规划路线，这些工作妨碍了他在蒸汽机方面的进一步发展。

1772年罗巴克破产后，英国制造商兼工程师、伯明翰Soho Works的制造商马修·博尔顿(Matthew Boulton)收购了瓦特的部分专利。

厌倦了测量工作，瓦特于1774年移民到伯明翰。

在瓦特的专利被国会法案延长后，他和博尔顿在1775年开始了长达25年的合作。博尔顿的财政支持使发动机的快速发展成为可能。

1776年，人们安装了两台发动机——一台用于在斯塔福德郡的煤矿里抽水，另一台用于向英国著名的钢铁大王、实业家约翰·威尔金森的熔炉里吹气。

那一年瓦特再婚了，他的第二任妻子安·麦格雷戈又为他生了两个孩子。

在接下来的五年里，直到1781年，瓦特在康沃尔度过了很长一段时间，在那里他为铜矿和锡矿安装并监督了大量的泵引擎，这些泵引擎的管理者想要降低燃料成本。

瓦特不是商人，为了获得足够的新发动机使用费，他不得不忍受激烈的讨价还价。到1780年，他的财务状况良好，尽管博尔顿在筹集资金方面仍有困难。

第二年，博尔顿预见到玉米、麦芽和棉纺厂会有一个新的市场，他敦促瓦特发明一种蒸汽机的旋转运动，以代替原来蒸汽机的往复运动。

1781年，他用所谓的“行星齿轮传统系统”做到了这一点。通过这种齿轮，机器每转一圈，轴就会转两圈。

1782年，在他发明能力的巅峰，他为双作用式发动机申请了专利。

四年后，在博尔顿的建议下，他应用离心式调速器来自动控制发动机的转速。1790年，他发明了一个压力表，实际上完成了瓦特发动机。

晚年经历

很快，造纸厂、面粉厂、棉纺厂、炼铁厂、酿酒厂、运河和水厂都开始需求他的发动机。到1790年，瓦特已经是一个富有的人，在11年的时间里，他获得了76000英镑的专利使用费。

然而，蒸汽机并没有占据他全部的注意力。他是伯明翰月球协会的一员，该协会由一群希望推动科学和艺术发展的作家和科学家组成。

瓦特还对材料的强度进行实验，他经常参与法律程序来保护他的专利。1785年，他和博尔顿被选为伦敦皇家学会会员。

瓦特开始休假，在拉德诺郡的多尔多洛德买了一处地产。从1795年起，他逐渐退出了生意。

1802年，他和他的妻子去了苏格兰、法国和德国，并继续在他的阁楼里工作，他把阁楼布置成了工作室。

在那里，他发明了一种雕刻机，用来为他的朋友们复制原始的半身像和雕像。他还担任格拉斯哥自来水公司的顾问。

他的成就在他的一生中得到了充分的认可:1806年他被授予格拉斯哥大学法学博士学位，1814年被授予法国科学院外籍院士，并被授予男爵爵位，但他拒绝了。

科学贡献

瓦特的发动机对于工业革命的发展具有重要意义，极大地提高了生产力，并迅速在许多行业中普及开来。由于瓦特对科学和工业的贡献，国际单位制(SI)中等于每秒1焦耳的功(或1/746马力)的瓦特以他的名字命名。

有一些科学家认为，1784年瓦特的双作用式发动机的设计应该作为“人类世”的起点。“人类世”是一个非正式的地质时期称呼，在这个时期，人类活动开始实质性地改变地球的表面、大气和海洋。