何繼善院士：跟著瓦特，一起學學想像力和創新力！

（文章來源《院士講科學》，該書由《知識就是力量》雜誌社總策劃，科學普及出版社出版）

我們的生活日新月異，科學理論也是如此，總是推陳出新，人類社會才能不斷進步向前。當科學理論被更新甚至推翻，我們便會對世界的認識和了解越發精確，而想像力和創新的勇氣，往往能決定技術改進的成就。

今天我們要了解的這位偉大的發明家，他的大膽突破，在短時間內改變了整個世界的面貌，他到底是誰呢？一起來聽何繼善院士講講吧~

大膽突破需要勇氣，我們來聽聽何繼善院士怎麼說！

第一次工業革命的標誌，便是瓦特改進的蒸汽機被廣泛應用於工業生產。瓦特並不是蒸汽機的發明者，早在瓦特出生之前，歐洲就已經有了蒸汽動力機械的雛形，用於礦井抽水作業的紐科門蒸汽機。

但這種蒸汽機的熱效率很低，能源浪費巨大，這讓工業界改進蒸汽機的呼聲日益高漲。

（蒸汽機模型，供圖：馬之恆）

斯米頓的改進

18世紀中後期，傑出的英國工程師斯米頓著手進行這項萬眾矚目的工作。他在全英國收集了100台紐科門蒸汽機的技術資料，並且進行了定量實驗，發現有一台蒸汽機最好，熱效率最高。

他就以這台蒸汽機為藍本，進行了一系列細節改進，比如說把管子縮得更短一點，讓熱力損耗更少一點。

最後，經他改進的蒸汽機，比原版蒸汽機的熱效率提高了1倍。應該說，這已經是一項很了不起的成就，但是他做出來的蒸汽機，仍然是紐科門蒸汽機。

瓦特的「野路子」

（蒸汽機模型，供圖：馬之恆）

與斯米頓基本同時代的瓦特，只是大學科教儀器修理工。但這種並非「科班出身」的背景，反而讓他的頭腦沒有被條條框框限制住。

在修理一具紐科門蒸汽機模型的過程中，瓦特發現這種蒸汽機熱效率之所以低，是因為加熱和冷卻汽缸耗費了大量的熱能。

於是，他給出了一個「野路子」式的解決方案，也就是把汽缸和蒸汽凝結缸分開，讓汽缸永遠保持是熱的，從而避免大部分的能源浪費。這種完全不同於斯米頓的改進思路，使瓦特蒸汽機的效率比原來的紐科門蒸汽機提高了4~6倍。

而後，瓦特又從中國的百科全書《天工開物》中得到啟發，將中國式風箱的原理借鑒到蒸汽機上，使蒸汽機的汽缸在壓縮和膨脹的時候都可以做功，把效率再提高1倍。也就是說，比起紐科門蒸汽機，瓦特蒸汽機的效率提高了8~12倍。

瓦特的思想火花

（瓦特）

但瓦特並不滿足於此。他從鐘擺得到啟發，想到為蒸汽機增加一種在直線運動和轉動之間轉換的裝置，將汽缸的直線運動變成了轉動。

後世廣泛應用的「萬能蒸汽機」就此定型，它不再是只能為礦井抽水的機器，而是可以帶動紡紗機、輪船、火車等種種機械，開啟了大機器生產和機械化交通的全新時代，讓來自印度的棉花成為寶貴的資源。

而蒸汽機對鋼鐵和煤炭的巨量需求，又促進了採礦和運輸業的發展，讓整個工業體系都成長起來，這就是第一次工業革命。

我們今天的生活里，其實仍然有瓦特的影子。以內燃機驅動的汽車和飛機，其實都是瓦特蒸汽機的精神後裔。由此可見，一個思想火花是多麼偉大。

編輯：胡小雨

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