Question

蒸汽机是怎样发明的？

Answer 1

在17世纪末18世纪初，随着矿产品需求量的增大，矿井越挖越深，许多矿井都遇到了严重的积水问题。为了解决矿井的排水问题，当时一般靠马力转动辘轳来排除积水，但一个煤矿需要养几百匹马，这就使排水费用很高而使煤矿开采失去意义。\x0d\x0a\x0d\x0a发明家们对排水问题思考着解决的办法。英国的塞维里最早发明了蒸汽泵排水。塞维里是一位对力学和数学很感兴趣的军事机械工程师，又当过船长，\x0d\x0a具有丰富的机械技术知识。1698年，他发明了把动力装置和排水装置结合在一起的蒸汽泵。塞维里称之为“蒸汽机”。\x0d\x0a塞维里蒸汽泵的工作原理，是利用密闭容器内蒸汽凝结形成的真空，用大气压力把低水位的水，通过吸人管压人容器，然后再用蒸汽将容器中的水压向高处排出。\x0d\x0a这是一种没有活塞的蒸汽机，虽然燃料消耗很大，也不太经济，但它是人类历史上第一台实际应用的蒸汽机。这样，蒸汽动力技术基本完成了从实验科学到应用技术的转变。\x0d\x0a\x0d\x0a1705年，英国的纽可门设计制成了一种更为实用的蒸汽机。纽可门生于英国达特马斯的一个工匠家庭，年青时在一家工厂当铁工。从1680年，工匠考利合伙做采矿工具的生意，由于经常出人矿山，非常熟悉矿井的排水难题，同时发现塞维里蒸汽泵在技术上还很不完善，便决心对蒸汽机进行革新。\x0d\x0a为了研制更好的蒸汽机，纽可门曾向塞维里本人请教，并专程前往伦敦，拜访著名物理学家胡克，获得厂一些必要的科学实验和科学理论知识。\x0d\x0a纽可门认为，塞维里蒸汽泵有两大缺点，一是热效率低，原因是由于蒸\x0d\x0a汽冷凝是通过向汽缸内注人冷水实现的，从而消耗了大量的热；二是不能称为动力机，基本上还是一个水泵，原因在于汽缸里没有活塞，无法将火力转变为机械力，从而不可能成为带动其他工作机的动力机。\x0d\x0a对此，纽可门进行了改进。\x0d\x0a针对热效率问题，纽可门没有把水直接在汽缸中加热汽化，而是把汽缸和锅炉分开，使蒸汽在锅炉中生成后，由管道送人汽缸。这样，一方面由于锅炉的容积大于汽缸容积，可以输送更多的蒸汽，提高功率；另一方面由于锅炉和汽缸分开，发动机部分的制造就比较容易。\x0d\x0a针对火力的转换，纽可门吸收了巴本蒸汽泵的优点，引人了活塞装置，\x0d\x0a使蒸汽压力、大气压力和真空在相互作用下推动活塞作往复式的机械运动。这种机械运动传递出去，蒸汽泵就能成为蒸汽机。\x0d\x0a纽可门通过不断地探索，综合了前人的技术成就，吸收了塞维里蒸汽泵\x0d\x0a快速冷凝的优点，吸收了巴本蒸汽泵中活塞装置的长处，设计制成了气压式蒸汽机。\x0d\x0a纽可门蒸汽机，实现了用蒸汽推动活塞做一上一下的直线运动，每分钟\x0d\x0a往返16次，每往返一次可将45.5升水提高到46.6米。该机即被用于矿井的排水。