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29．蒸汽机的发明和运用
18世纪40年代的一个寒冷冬天，在苏格兰格林洛克镇的一座房子里，一个小男孩正站在熊熊炉火面前，对着一只沸腾的开水壶出神，他怔怔地看着白色水蒸气从壶嘴和壶盖开缝的地方不断喷出，壶盖被顶起又落下，发出有节奏的“嗒、嗒”声，百思不得其解。这时他的奶奶走了进来，他连忙迎上去问道：“奶奶，水怎么会把壶盖顶起来呢？”“傻孩子，水开了，就有许多气冒出来，是气把盖子顶起来的呀。”“哦，气的力量真大呀！”小男孩若有所思地闪了闪眼睛。这个爱思考问题的小男孩，名叫詹姆士·瓦特，后来成为人类第一台具有实用价值的蒸汽机的发明者，并开创了人类的一个新时代——蒸气时代。
瓦特出生于1736年1月19日。他的父亲是一名造船工匠，并且经营各种海运，有一个修理厂。其母是一位有着丰富知识的家庭妇女。瓦特生来体弱，性格孤僻，经常请假不能正常上学，因此，功课也不是很好。但他的求知欲非常强烈，特别喜欢几何学。由于身体不好，瓦特中学没有毕业，就退学回到家中自学。瓦特后到父亲的工厂里学习技术，操作各种工具。经过几年的磨炼，他先后学会了木工、金属冶炼和加工、机械制造、仪器修理等多种工艺，为后来的发明打下了坚实的基础。
1753年，瓦特的父亲经商失败，接着母亲去世，家中一贫如洗。17岁的瓦特被迫外出谋生，到格拉斯哥一家钟表店当学徒。两年后又到达伦敦，在著名机械师摩尔根门下为徒。1756年，他回到了苏格兰，瓦特本想自己开业制造器械，但是由于他的学徒年限不够，不符合市政当局的要求，只得经朋友介绍，在市政当局管辖的格拉斯哥大学当了一名修理教学仪器的工人。不久，一位商人向格拉斯哥大学捐赠了一大批天文仪器，但很破旧，不能正常运转。瓦特主动承担了修理这些仪器的任务，并很快修复了。一位教授由衷地称赞道：瓦特是一个机械知识丰富，非常机敏和具有过人才能的年轻人。
1763年，又有人给格拉斯哥大学送来了一台损坏了的蒸汽机模型。瓦特被指派为全权负责修理，让这台机器发动起来，供学生做实验用。谁也没有想到这竟成为瓦特在人类历史上留下伟大功绩的开端。
蒸汽机是一种利用水蒸气把热能转变成机械能的动力装置。人类对蒸气的认识和利用，经历了一段较长的历史。英国君主立宪制确立后，英国的工业迅速发展，珍妮纺纱机和水力纺纱机等机器的使用日益广泛，但动力问题却成为扩大机器生产的“瓶颈”。1705年，英国铁匠钮可门制成了可用于矿井抽水的“钮可门蒸汽机”。但因存在着燃料消耗过多，只能往复直线运动，且温度无法控制的缺点，未能在其他生产部门广泛采用。
瓦特主持修理的正是一台“钮可门蒸汽机”，他接受这一任务后很快就把这台钮可门发动机模型修好了。但他对此并不满足，通过这次修理，瓦特对蒸汽机的结构、性能和存在的问题有了更多的了解，并且产生了浓厚的兴趣，像着了迷一样。他观察到钮可门发动机的活塞从根本上说是用机械的力量取代了人的双手，但是一分钟只能往返10次，工作效率极低。他决心改进蒸汽机的设计。
瓦特开始学习蒸汽机的原理，根据发动机的原理来考虑问题。他又研究了蒸气的性质，从蒸气和燃料的消耗等具体问题开始研究，然后扩大到热的移动和发动机的关系等抽象问题上。他进行了多次实验，但仍没有想出一个改良“钮可门蒸汽机”效率的具体办法。
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