研究瓦特发明蒸汽机的过程有什么理论意义和现实意义
蒸汽机的历史意义，无论怎样夸大也不为过
“蒸汽机的历史意义，无论怎样夸大也不为过。”——《全球通史》作者L.S.斯塔夫里阿诺斯
瓦特从开始改良蒸汽机到最后研制成复动式蒸汽机，前后花了30多年，仅在解决活塞与汽缸之间的漏气问题上，瓦特就反复试验了很长时间。这也说明了一个问题：蒸汽机的发明对世界来说是多么重要，人们好像一直在等待瓦特的成功。不仅仅是瓦特的合作伙伴马修·博尔顿，全世界都在等待蒸汽机带来的奇迹。
第一次工业革命始于18世纪的英国，“珍妮纺纱机”、“骡机”的出现，提高了纺织品的产量和质量，为英国全球贸易和扩张提供了一次加速，这也使英国与其他强国之间的经济实力差距拉大。蒸汽机出现后，英国已经把其他国家远远地甩在后面。
1712年，苏格兰铁匠纽克曼发明了空气蒸汽机。瓦特是在几十年后在格拉斯哥大学做修理工的时候才第一次见到纽克曼蒸汽机模型，从此，他便开始研究如何让这台笨拙的机器变成“永动机”。
蒸汽机究竟如何改变了人类历史，它在当时的工业革命中起到哪些关键作用？记者采访了南京大学历史系教授杨豫教授。
杨教授说：“瓦特蒸汽机的发明严格意义上说不是发明，它是改良。18世纪60年代瓦特在纽克曼蒸汽泵的基础上改良成功。这种纽克曼蒸汽泵又称‘火机’，它发动起来浑身冒火，主要在矿山上使用，是抽水用的，所以又叫‘矿工之友’。它和泵连在一块，所以体积很大。”
由于这台机器的局限，几十年来，它一直只用来抽水用，并没有广泛应用于其他方面，“英国的煤田有个特点，都在海平面以下，矿山积水非常严重。矿山要解决一个问题就是先把水抽干，才能够把煤挖掘出来。所以纽克曼的蒸汽机主要用于矿山，当然还有一个用处就是用在盐田，也是抽水用。这个蒸汽机的最大缺点就是热效率太低，要用大量的燃料。用在煤矿没问题，煤矿有煤，即便效率低也没关系。瓦特想改良这个蒸汽机，主要是想怎么用作一种动力。60年代他改良成功了，这次改良成功的还是单动式的，就是来回运动的蒸汽机，还是不能给机器提供动力，因为机器动力需要圆周运动。他把单动式变成联动式花了20年时间。他用分离汽缸的方式，再加上一个冷凝器，就提高了它的热效率。这个改良后的单动式蒸汽机就可以离开煤矿了，用在其他地方。联动式蒸汽机的出现，就可以替代人的动力、水动力，可以驱动机器了。所以这个发明在整个英国工业革命期间，是一件很重要的事情。”杨教授说。
英国有丰富的煤铁资源，但是煤矿、铁矿大都在丘陵和山区，一些工业城市往往根据矿山分布而发展。随着工业化规模扩大，摆在英国人面前的一大问题就是交通，如何解决原料地之间的交通问题很关键。杨教授说：“过去，英国交通主要是靠人力、畜力、水力，水力比人力、畜力先进一些，但水力有一个问题，它必须有落差，有落差才能带动水轮，水轮才能带动机器。水力一般用在粮食加工，而且主要在山区，到了平原就不行了。在平原，如果筑坝来制造落差，又会影响交通，因为英国的水运很重要，这就影响了英国的工业分布。英国的工业发源于丘陵和山地地区，靠近煤田，于是跟市场之间的距离很远。英国随着新工业中心形成后，怎么解决与市场之间以及同其他原料地之间的距离的交通问题？一些工厂就会考虑它要重新布局。如果没有这样的蒸汽机提供动力，它就不能离开山区”。这样，蒸汽机就带动了英国交通革命，“交通革命主要有三个方面，运河、公路、铁路。在18世纪90年代修成了英国大连接运河，所谓大连接运河，就是把西海岸和东海岸连通了。大连接运河的修成意味着英国将所有的运河都连到一起，运输比以前方便多了。运河的连通，反过来对铁等原料又有新要求，比如涵管、大坝，都需要铁，另外还有公路。英国的公路国家不管，每段公路都由地方管，但是地方又没有钱修路，所以公路状况很糟。在运河热的同时，也出现了修公路的热潮，主要是一些贵族在修路。公路修好了，运河连接好了，整个英国交通就四通八达了”。
虽说“珍妮纺纱机”的出现带动了第一波英国工业革命，提高了生产效率和棉纱质量，但当时英国生产的棉纱和中国、印度的棉纱比，还有很大差距，在市场上缺乏竞争力。但是，当蒸汽机与纺织机结合在一起，就完全不一样了。“蒸汽机的动力解决了纺纱中的质量问题。”杨教授说，“ 当时英国纺纱的主要原料是亚麻和棉花，用手工纺织，纺出来的棉纱粗细不均匀，拧得不紧，因为纺的时候全部靠手感。这样织出来的棉布比中国和印度的差远了。中国和印度有长期纺织的基础，加工水平远比英国高。所以英国棉纺织业发展受到的最大威胁是来自印度和中国，英国要稳稳占住市场，非解决纺织质量这个问题不可。另外从技术上讲，手纺的纱由于质量差，尾线一定要用亚麻线，进线要用棉线，所以纺出来就像混纺的一样，一下水就会皱起来，这是一个缺点，还一个缺点就是不易染色，亚麻和棉花混在一起，一染的话就花了。中国的棉布在英国有个专门的名词叫‘印染布’，可以染上均匀的颜色。”
杨教授还介绍说，以前英国最擅长制造的是呢绒布，因为英国盛产羊毛，但是18世纪开始，他们的市场主要是热带和亚热带地区的殖民地，所以呢绒就没有市场了。蒸汽机用于纺织业，使英国经济如虎添翼。
棉纺织业技术进步，使生产率大大提高，产品价格也大大下降，1786年，英国棉纱每磅是38先令，1800年下降到9.5先令，1830年又降到3先令，这对欧洲大陆的棉纺织业的冲击是致命的，中国和印度出口到英国的棉纺织品从此也就失去了竞争力。英国不用再发愁如何把呢绒布倾销到热带、亚热带殖民地地区了，因为棉纱可以卖到世界各地。
另外，杨教授还提到：“蒸汽机为棉纺织厂提供了动力，这样棉纺织厂就可以搬到平原，它摆脱了对水动力的依赖。由于蒸汽机的使用，使机器的构件发生了本质变化。比如珍妮纺纱机原来是木质的，如果用蒸汽机带动的时候，木头就不行了，它就需要用铁来制造，这样对铁的需要就非常大了。”
“英国的冶铁业一向不发达，英国有丰富的煤矿，但都属于深层煤矿，需要蒸汽机抽水。另外，英国铁矿储量大，但是他的铁矿石含磷、硫等杂质太多，所以要把生铁变成熟铁就不行。当时英国生产机器的生铁大都从瑞典、俄国进口，他们要用大量原料把生铁换回来。英国靠蒸汽机解决了这个问题，在冶铁过程中，鼓风机由蒸汽机带动。在这个过程中他们有两个重要发明，一个叫‘搅炼法’，一个叫‘碾压法’，这两个环节都需要蒸汽机，可以去除杂质，这样炼出来的铁就可以做机器部件了。从此，他们基本上摆脱了对瑞典、俄国生铁的依赖，这一点对英国的贸易来说很重要。”杨教授说，“冶铁业的发达，反过来对蒸汽机的要求就大了，这样就形成了一种互相拉动。还有纺织机，使用蒸汽机作动力后，最开始1个头，后来8个头、64个头、108个头，机器越做越大，这样又推动铁的生产。英国工业革命是从纺织机开始的，但到了19世纪前10年开始，他的重心就转到冶铁上了，冶铁就成了他们最重要的部门。还有运河中的涵管，以前涵管都是用砖砌出来的，后来就必须用铁制涵管。工厂的机器越来越大，厂房就要变大，很多东西都要用铁，这样才会结实。这样，英国的工业部门内部就产生了相互需求。这个需求对生产的发展和对技术的发展产生了巨大动力。我们看这个过程不要看结果，好像蒸汽机提供了动力，不是这样，它是把整个经济的运行方式给改变了。”
1800年左右，英国的煤和铁的产量比世界上其他地区产量的总和还要多，19世纪中叶之后，产量达到了世界总产量的2/3，当时英国是世界上唯一的钢铁出口国。1826年，英国已经拥有1500台蒸汽机，到19世纪中后期，蒸汽机在英国已经完全代替了水力。杨教授说：“到19世纪20年代以前，英国蒸汽机的生产还是个别订货。比如你需要一台蒸汽机，就可以到瓦特的公司订购，然后他们会去工厂实地考察，造好了之后运过去。20年代以后才开始批量生产。这时欧洲大陆也看到英国机器制造业的发展，这样就开始从英国订货。英国就以机器制造业这个行业占领欧洲市场。”
“铁路也是这样，史蒂芬孙第一次修建铁路的时候人们也是无法想象，甚至认为这个人是个怪人，他走在街上有人从后面用石头打他。铁路的修建也是为了解决原料运输问题，当时的蒸汽机车就像一个大茶壶一样，人们想象不出来这么大的东西怎么会动。”1814年，史蒂芬孙制造了第一台蒸汽机车，并运送货物成功。到 1850年，英国铁路总厂已经超过了2.35万公里。
“英国有了蒸汽机之后，他的生产基本上就是机器生产，这期间欧洲大陆还停留在手工生产阶段。更重要的是随着蒸汽机的使用，蒸汽机跟工厂联系在一起，工业结构发生了根本性变化，劳动出现分工，生产效率就提高了。仅仅十几年时间，就把英国和欧洲大陆的生产水平拉开了，完全是两个等级，英国产品打到任何市场都不怕。这样英国就可以改变整个外交战略，他可以推行自由主义贸易，英国跟所有国家说，你的商品到我这里免税，我的商品到你那里，也要免税。为什么英国推行自由主义贸易？就因为他们有这个实力。这样一来，英国产品就把欧洲大陆国家的产品基本上排挤出去了。有这样一个例子，拿破仑战争期间，他搞了一个大陆封锁政策，他发布了《米兰赦令》和《柏林赦令》，这两个赦令的目的是封锁英吉利海峡，不允许英国商品进入欧洲大陆。但英国商品太便宜了，所以很多国家都搞走私，把英国商品偷偷运到欧洲大陆。所以那段时间走私贸易非常猖獗，到了什么程度？拿破仑的士兵穿的服装都是英国造的。最后拿破仑也没办法了。”杨教授说。
瓦特蒸汽机在改良过程中汽缸密封问题一直没有解决，最后他还是通过军工技术解决了这个问题。杨教授提到：“英国的阿森纳是生产军工产品的兵工厂，它对英国的技术发展起到很大推动作用，而且是相互推动的作用。阿森纳工厂有个工程师叫威尔金森，他发明了一个镗床，这个技术是用于大炮上的，这个技术发明后，一直保密。后来瓦特把这个技术用在蒸汽机上，用镗床来造汽缸。这样才解决汽缸与活塞之间的漏气问题。有时候一个发明的成功，并不取决于某种思想，而是一个工具的完成。”
英国的崛起与扩张，靠的是对外贸易。杨教授认为，英国工业革命归功于两点：一点是一场能源革命，通过蒸汽机的使用，它就可以把煤用在工业方面，解决了能源问题;另一点是亚当·斯密的《国富论》发表，他彻底批判了重商主义的商业原则，提出了自由主义商业原则，为当时的政府政策和企业经营方式提供了理论基础。
回顾西方殖民主义扩张历史，杨教授说：“葡萄牙和西班牙对外扩张，还是寻找黄金和香料的欲望，因为盛传在东方有很多黄金，需要黄金也是跟东西方贸易有直接关系，因为西方人需要东方商品，尤其是香料。欧洲人主要在寒温带，大部分牲畜在入冬之前都要宰杀，然后将肉腌制起来备冬天食用，腌制的时候不仅需要盐，也需要香料。所以，香料对他们来说是生存必需品，他们甚至为了香料发动战争，因此东西方贸易总处在逆差状态。英国跟中国、印度的贸易需要用黄金、白银来支付，因为中国不需要他们的商品。葡萄牙和西班牙在这一点比他们先走了一步，因此他们在拉美发现大量的黄金和白银，这是早期扩张。在葡、西地理大发现、开始海上贸易的时候，英国擅长的是海盗，在半路拦截葡、西的海船，并且因此发了大财。当时有个布莱克船长，由于他在海上组织海盗活动比较出名，最后被封为海军上将。
葡萄牙、西班牙是掠夺式的，西班牙人曾经干这样的事情，南美都是部落酋长制，他们到那里就把酋长抓起来，关到一个笼子里，抬到部落里，只要你们把这么大的笼子里装满黄金、白银，我们就把酋长放出来。结果他们就回到家里把黄金白银拿出来往笼子里装。葡、西是枯竭性掠夺，把拉美当地的居民变成劳动力，然后让他们开采黄金，这样的殖民地越来越萎缩。经济萎缩根本就买不起他们的东西。所以，葡、西拿到了黄金白银只能用来战争，想建立对欧洲大陆的霸权，结果把自己消耗光了。
而英国主要通过商品贸易，所以英国改变了资本主义掠夺方式，他就是要把自己的商品打到越来越多的市场上去。英国的殖民地主要在北美洲，他把居民移居过去，然后在那里建立殖民地，从此让殖民地也得到相应发展。所以这些殖民地后来都成为他们重要的市场，他们和殖民地之间的关系是贸易关系。这样一种贸易关系当然有剥削在里面。这样一来，就使殖民地地区越来越发达，人口越来越多，收入越来越多，他们能够买英国的商品，原料和资本都解决了。英国就是通过这样的商业活动为他后来工业革命奠定了基础。
殖民地地区经济发展起来，虽然对英国贸易有好处，但是无可避免地会应用到新技术，这反过来肯定会对英国贸易带来挑战，对此，杨教授说：“英国对殖民地采取歧视政策，他允许殖民地工业发展，但是能和英国竞争的工业，他不让发展。比如造船，他允许殖民地造船具，但是铁钉绝对不让生产。因为如果他们生产铁钉，冶铁业就会发达，就会跟英国产生竞争，所以历任首相都不允许殖民地生产一颗铁钉。如果从一个长期历史发展看，这就是造成了国际性劳动分工不同。蒸汽机发明后，英国不许蒸汽机出口，1810年前后，英国颁布了一个法令，凡是蒸汽机和机器出口的，处以死刑。所以德国人采取的办法就是把威尔金森请过去，在那里办个工厂。尽管英国采取了极端的措施来禁止蒸汽机出口，但是技术的传播是无法禁止的，后来英国也没办法，这条法令也就松弛下来了。因为自从英国有了这种机器发明，并且使他的工业成为一个类型不同的工业，因此其他国家都看到了，这是一个学习的榜样。而且，你不学习就是个生存的问题了。比如法国，他的海外市场全部被英国人占领了，拿破仑搞大陆封锁，结果也把法国跟加勒比海地区的贸易关系断掉了，除了欧洲市场，海外市场几乎全部没有了，这可以说是拿破仑失败的重要原因，因为他没有把战争持续下去的经济能力。拿破仑战争给人带来的启示是，过去谁有一支强大的军队谁就能打赢战争，从拿破仑战争开始，谁能把战争进行到最后，谁就是赢家，这靠的是工业实力。”
工业革命之父瓦特，在发明蒸汽机道路上的曲折故事
现实意义：提高当时手工业的生产速度和效率，重视科学技术的学习。
第一次工业革命的起始时间一般定为1763年，即珍妮纺纱机的运用。珍妮纺纱机是利用水力推动来纺织的织布工具，其工作原理并未突破，因为中国早在宋元时期，在南方一带就大量出现由水力驱动的纺纱机、织布机、灌溉工具等，所以第一次工业革命前期，中国还是可以与西欧平起平坐的。
蒸汽机出现于1780年之后，其才是真正的突破，其验证了能量的守恒与转化。脱离了江河的限制，利用蒸汽能量做为驱使的动力。并且进一步影响到了社会的各个方面。所以蒸汽机出现的时间和第一次工业革命发生的时间是不一样的。蒸汽机是在工业革命中期出现的一种机器。
答：蒸汽机出现于1780年之后，其才是真正的突破，其验证了能量的守恒与转化。脱离了江河的限制，利用蒸汽能量做为驱使的动力。并且进一步影响到了社会的各个方面。所以蒸汽机出现的时间和第一次工业革命发生的时间是不一样的。蒸汽机是在工业革命中期出现的一种机器。
答：蒸汽机的出现是基于物理学中液态、气态之间相互转化的原理，同时也是热力学中功和能量之间的转化。热力学研究热和功之间的转换关系，而蒸汽机就是能够将热转化为机械功的重要装置。瓦特蒸汽机的结构特点与原理 瓦特发明的蒸汽机是以活塞、凸轮和连杆组成的。蒸汽被输送到汽缸内，在活塞的作用下进行机械转化...
答：瓦特注意到,在蒸汽机锅炉里产生的蒸汽量,只够活塞几次工作所用,然后,机器需要等候锅炉将蒸汽积蓄起来,才能开始重新工作。通过进一步观察研究,瓦特又发现,用蒸汽加热汽缸,再用水冷却,是不合理的。汽缸由热变冷,再由冷变热需耗费很多时间。 怎样才能保持汽缸的原有热量,还能使蒸汽凝缩呢?瓦特苦苦地思索这一问题,很...
答：瓦特发明了蒸汽机械的动机，并不像一般人说的看了水壶里喷出来的蒸气，把壶盖子顶的发出格登格灯的响声，就触动了他发明蒸汽机那么简单的一回事。他之所以能完成蒸汽机的发明，是经过了三十年的苦心研究得来的。蒸汽机的发明，使得人类的生活与世界的文明改观了。过去由人们用劳力所做的事情，或由牛马...
答：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,既能把做工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热量的消耗,据瓦特理论计算,这种新的蒸汽机的热效率将是纽可门蒸汽机...
答：在修理的过程中，他认真研究蒸汽机的结构和工作原理，并发现了纽可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。瓦特在修好纽可门蒸汽机之后，便经常思考如何改进现有的蒸汽机。一天，正在散步的瓦特想：蒸汽的利用率不高，是因为气缸内...
答：同年,瓦特以发明分离冷凝器,获得他在革新纽可门蒸汽机的过程中的第一个专利。瓦特的第一个设想终于实现了。第一台带有分离冷凝器的蒸汽机虽然试验成功了,但是同纽可门蒸汽机相比,除了热效率有显著提高之外,在作为动力机而带动其他工作机的性能方面,仍未能取得实质性的进展。这就是说,瓦特的这种蒸汽机,还是无法作为...
答：大家都是这么认为的，瓦特看到水壶里的水沸腾将壶盖顶起受到启发而发明出蒸汽机的。蒸汽机的作用就是将热能转化为机械能的装置，结构很简单，就是一锅炉上有带传动杆的活塞，当对锅炉加热，锅炉里面的水沸腾产生的水蒸气将活塞推动而转化为机械能。水蒸气做功后内能减少，又会凝结为水，活塞又缩进去。
答：按照设计,冷凝器与汽缸之间有一个调节阀门相连,使它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热量消耗。据瓦特理论计算,这种新的蒸汽机的热效率将是纽可门蒸汽机的三倍。从理论上说,瓦特的这种带有分离器冷凝器的蒸汽机显然优于...
答：这关键的地方一突破，瓦特顿然觉得前程光明。他又到大学里向布莱克教授请教了一些理论问题，教授又介绍他认识了发明镗床的威尔金技师，这位技师立即用镗炮筒的方法制了汽缸和活塞，解决了那个最头疼的漏气问题。1784年，瓦特的蒸汽机已装上曲轴、飞轮，活塞可以靠从两边进来的蒸汽连续推动，再不用人力去调节...
