瓦特1785年改良蒸汽机（蒸汽机改良者詹姆斯）

1736年今日，英国著名工程师与发明家，工业革命时期重要人物詹姆斯·瓦特出生。其一生中最重要的贡献是改良了蒸汽机，大幅提高了蒸汽机的效率并为英国工业革命奠定了基础。今日，我们简单说说蒸汽机的改造历史。

蒸汽蒸煮器

在许多流传在民间的故事中，瓦特被描述为蒸汽机的发明者，而且在这些故事中他是通过“观察水被烧开”的过程获得了发明蒸汽机的灵感。但事实上这故事是误传。蒸汽机的问世最早可以追溯到1世纪亚历山大里亚的希罗发明的汽转球，汽转球是记录在亚历山大里亚的希罗所著的《气体力学》中的“新奇发明”，并没有任何实际用途。

而“观察水被烧开”则是法国物理学家丹尼斯·帕潘于17世纪60年代(具体到1667年到1669年间)设计了第一台蒸汽蒸煮器之后，在观察高压蒸汽冒出安全阀时获得灵感的故事。蒸汽蒸煮器也因此被视为后来的蒸汽机与压力锅的原型。值得一提的是，丹尼斯·帕潘这段时期内是在当时大名鼎鼎的气体动理学家波义耳手下工作。

纽科门蒸汽机

在蒸汽蒸煮机问世的同时，也有许多人对蒸汽机产生了兴趣。其中就有萨缪尔·莫兰、托马斯·塞维利、以及托马斯·纽科门等人。而纽科门所设计的蒸汽机就是这段时期内最典型的蒸汽机。该类蒸汽机在当时最主要是作为抽水机使用，原理是通过在汽缸内冷凝此前进入汽缸的蒸汽，产生一定程度上的真空，使得活塞在大气压的推动下发生运动。在工作时，需要首先让汽缸充满蒸汽，然后关闭进气阀，打开进水阀之后又迅速再次关闭，让少量在液压下进入汽缸的冷水冷凝水蒸气，实现一定程度上的真空。该类蒸汽机造价相对低廉，但对于煤的利用效率非常低。这是由于在冷水进入汽缸之前，水蒸气早已在汽缸的壁上开始冷凝，也就是说相当多的热量被用于维持汽缸壁温度。而且该蒸汽机运动不连续，活塞运动过慢。即使是在当时，纽科门蒸汽机也只在燃煤非常低廉的地区才得以应用。

瓦特改良的蒸汽机

而瓦特的主要贡献就是在于大幅改进了纽科门蒸汽机。早年的瓦特处境非常贫困，出身于宗教家庭的他却是一个自然神论者，从小就有着良好的动手能力以及数学上的天赋。在历经波折之后他得以在格拉斯哥大学开设一个小店以维修科学仪器，他也借此结实了许多格拉斯哥大学的教授，例如约翰·罗宾逊与约瑟夫·布拉克等。

在约翰·罗宾逊教授的引导之下，瓦特开始研究蒸汽机，但在当时蒸汽机对于一个开维修店的人来说还是太贵了，他又久经波折才得到了一台损坏的纽科门蒸汽机并亲自维修。他在维修的过程中意识到了纽科门蒸汽机在设计上的缺陷。他在好友兼导师约瑟夫·布拉克(虽然约瑟夫·布拉克在历史上的主要贡献在于化学领域，爱丁堡大学和格拉斯哥大学的化学楼至今仍以他的名字命名)的帮助下开始改良蒸汽机。而也在这段时间内，布拉克与瓦特先后独自发现了潜热(相变时所吸收或放出的热量)在蒸汽机中的重要性。在瓦特的改进中，冷凝器与汽缸被分离，蒸汽机效率大幅提升。此后，他又为蒸汽机改进出了自动转换的阀门，使得活塞的运动变得连续。这两个改进使得蒸汽机效率比原来提高了两倍。

蒸汽机不再仅能进行往复运动

随后，在赞助商的要求下，瓦特通过安装曲柄和齿轮，设计出了可以进行圆周运动的蒸汽机。相比于原先只能进行上下往复运动的蒸汽机，可以进行圆周运动的蒸汽机具有更强的泛用性。在随后的改进中，双向气缸的发明、气压表以及高压蒸汽的引入等使得汽轮机渐渐成型。相比于纽科门蒸汽机，瓦特前前后后改进了二十年的蒸汽机效率提高了五倍，而且可以进行圆周运动。在瓦特的蒸汽机在问世之后接近五十年没有人能提出更好的设计或改进方案。瓦特也因此成为了英国皇家学会院士、爱丁堡皇家学会院士以及法国科学院8名外籍会员之一，其建立的蒸汽机公司也通过制造蒸汽机盈利颇丰，可谓名利双收。工业革命也在瓦特的蒸汽机问世之后得以发生，蒸汽火车和蒸汽轮船也在之后相继问世。