火灾中的发明家

1759年，瓦特开始和一个名叫约翰·克莱格的建筑师在格拉斯哥共同经营了一家店铺。从这时开始，他的事业才开始发展起来了，随着威望的提高，工会也不再和他过不去了。四年后，瓦特和克莱格的店铺发展规模已经很大了。

18世纪中叶的英国，科学技术很不发达，人们的思想还很保守，所以，蒸汽机械的利用似乎较为迟了一点。1750年，斯达林格雪的亚尔芬斯顿的煤矿才开始装置纽科门蒸汽机。直到1760年，格拉斯哥附近的煤矿才装置了第二架蒸汽机，并且以“火花”这个绰号而出名。

而这时，敏锐的瓦特知道了格拉斯哥大学的标本室里，有一架纽科门蒸汽机的模型，他想去格拉斯哥大学里看看。当时纽科门蒸汽机的操作模型是格拉斯哥大学的约翰·安德森教授负责修复的，就在瓦特知道这个消息后，纽科门蒸汽机大部分已经损坏，被送到当时伦敦有名的数学器具店修理了。

后来，当瓦特听说纽科门蒸汽机已经被送到别的器具店修理，他非常失望，但他又不得不等那架模型送回来之后再看了。

1764年7月，瓦特和表妹玛格莱特·米拉步入婚姻的殿堂。婚后两个人搬到迪尔福特田地的小路旁，在一栋新盖的小房子里居住，瓦特有了新的生活。

就在这时，纽科门蒸汽机模型被器具店送回了格拉斯哥大学，纽科门蒸汽机还是不能转动，于是，安德森让人找到了瓦特，并把纽科门蒸汽机模型送到了瓦特的店铺，让瓦特修理。

这是瓦特第一次看到纽科门蒸汽机的模型。这个模型的锅炉比普通的开水壶要小一点，气筒的直径只有18厘米、长51厘米，但其中却包含着深刻的科学原理。

很快，瓦特看机械模型修好了，便迫不及待地生起了火，把火放在锅炉底下，想转动模型看看。锅炉的水烧开了，里边冒出许多蒸汽。瓦特扭动活门，蒸汽就进入了那个小气筒内……轱辘轱辘地开始转动了起来。但活塞只动了三四下，却突然停止了。

为什么会出现这种现象呢？还是气筒的温度问题。蒸汽一遇到冷的物体就立刻凝结起来，最初把蒸汽从锅炉输送到气筒里去的时候，为了不使蒸汽无谓地凝结，所以气筒就必须保持沸点，也即在100℃以上。

要想把满气筒的蒸汽凝结，使之成为真空，又得把气筒的温度下降到常温，也就是15℃以下。在气筒内喷射冷水，目的是为了促使温度迅速下降，使蒸汽尽快凝结，也就是气筒必须不断地被加热或加冷。可一旦冷却了气筒的温度，再把它升高到沸点，势必要消耗掉大量的蒸汽。

为了计算浪费掉多少蒸汽，瓦特专门制造一个刻有度量的锅炉。

瓦特一次又一次专心致志地进行实验。有一次，房间起了大火，瓦特都没有觉察，直到一个警官飞也似的跑到他家里，才把瓦特强行拉出屋子。瓦特从屋子一出来，就看见地上横七竖八地放置着消防队员弃置的软水管，水龙头喷出来的许多热气，把从屋子里冲出的火焰，喷得四下飞散，就在这一刹那，瓦特突然有了灵感。

原来，软水管由于遇到热的关系，蒸汽从水龙头迸了出来，那时，瓦特所想的，其实就是“潜热”的问题。这次偶然的火灾，使瓦特有了意外的收获。

这种潜热的作用，愈加暴露了纽科门蒸汽机的缺点。瓦特对于纽科门蒸汽机的实验，终于有了新的进展。

对于水在不同的压力下，达到沸点时所需要的热量，瓦特做了很多实验。他计算了定量的水所化成的蒸汽体积，然后确定了在大气压力之下，蒸汽体积约为水的1800倍，就现在而言，这个数字也很正确。

就纽科门蒸汽机而言，瓦特把计算出活塞在上下移动时所需的蒸汽数量，和填满气筒所需的蒸汽容积相比较，结果发现实际进入气筒的蒸汽数量，竟比气筒的容积高4倍以上。要想使喷射于气筒内的冷水不至于被汽化，除了增加冷水的用量以外，没有其他的办法。可是冷水如果喷射得过多，气筒温度随之降低，要想再升高到沸点时，则又需要相当长的时间，非浪费掉许多的蒸汽不可。

这个结论无疑是说，这种纽科门蒸汽机，约有3/4的蒸汽，在提高冷却了的气筒温度时，完全浪费了。如果不浪费，绝对会造出效率更好、马力更强的机械来的。

为了解决这个问题，技术家们也只有在水的分量上适当地调节而已。长久的使用，纽科门蒸汽机终于暴露出了很大的缺陷：不经济、不灵活，所以一种新型能够替代纽科门蒸汽机的机械，成了眼下使用者们所急需的了。

这架纽科门蒸汽机终于修好了，瓦特又把它送回格拉斯哥大学的标本室。

从这时开始，要制造一种新型蒸汽机的想法在瓦特的心里扎下了根，他决定要一心用在发明研究上。

瓦特的实验还是没有进展，但就在最关键的时候，挫折随之而来，瓦特的生活陷入困境。他的合作人克莱格突然去世，店铺的责任全部落在了瓦特的肩上。

但是，瓦特并没有放弃对蒸汽机的研究。他常常一个人去散步，静静地思考关于蒸汽机的问题。当他走过洗衣店，路过牧羊人住的小屋时，忽然，一个念头飞进瓦特的脑海里——“蒸汽是有推动力的！”

瓦特想，因为蒸汽具有推动力，所以能够冲入真空里面去。要是把真空的容器附在气筒上，蒸汽必定会进入那个容器的，因此，为了蒸汽的凝结，只要另外再做一个凝结器连在气筒上就行了。这样的话，蒸汽就在那里凝结，而不需要再把气筒冷却，气筒始终是真空的了。

不同的作用，分别在不同的容器内进行，气筒就可以一直保持热度，凝结器就永远使它冷却下去，这样才不会浪费掉一点蒸汽了。

真没有想到，仅仅这样一个念头，就把自己在一年当中，想了又想的问题完全解决了。瓦特的思绪像风车一样旋转得非常快。可是，像纽科门蒸汽机那样喷着冷水使水蒸气凝结，而喷洒的水和凝结而成的水，以及漏进来的空气，怎样才能排出去呢？

后来，关于纽科门蒸汽机的这个问题，瓦特终于想出来办法：一是在下面设一个排水口，将水从管子中挤压出来，空气则有小唧筒排出；二是水和空气都由大唧筒排出。

瓦特的想法，一步一步地接近了成功的边缘。瓦特又得出了另外一个结论，那就是气筒之外再做一个凝结器。分离凝结器这一伟大的构想，在瓦特的脑海中形成了。自从有了这个构想，瓦特就被它迷住了。

瓦特最初制造的凝结器模型，至今尚保存在南肯新顿的科学博物馆中。它的装置是这样的：首先A是气筒，B是活塞。活塞的最下面，有个吊东西的铁钩子。管子和锅炉相接，蒸汽就进入环形状的气筒内，气筒因此而能够保持温度，C是凝结后的水所流出的洞口。从锅炉把蒸汽由D口送入气筒，这时，留存在气筒内的空气便由凝结器E上端的活门F排了出去。

等空气完全排出，再把唧筒G的活塞H迅速拉上来，凝结器中便成了真空。把气筒的蒸汽吸完，使它凝结，因此，气筒就成为真空，这时，活塞B就开始上升，下面吊的东西就可以吊上来了。

瓦特刚刚完成实验，就迫不及待地在替代锅炉用的大水壶下面加水，水一开，蒸汽通过蒸汽管进入气筒内。不久，蒸汽就开始从活塞杆的洞口或凝结器的活门排出去了。

空气终于可以排出来了！要是把蒸汽活门闭上，同时把空气唧筒的活塞拉上，凝结器内就变成真空；蒸汽一通过那里，马上就会凝结，活塞就接着上升，下面的铁钩子就能把约8千克重的东西吊上来。

瓦特高兴得不知所措。他所设想的原理，经过这次实验已经得到了证实。他把那些消耗掉的蒸汽量和吊起的重量计算一下，知道一个全新的蒸汽机的发明完全成功了！

后来，瓦特在蒸汽机方面，又做了改良。他制造了一个气筒直径约5英寸的模型。他发现，当活塞下降时，空气便随之进入气筒内，气筒便会冷却下来。这时，要想再提高温度，就得消耗一些无谓的蒸汽了，于是必须在活塞的上面紧密地加上一个盖子，改用蒸汽充入活塞的周围。

瓦特将以往所利用的大气压力改为蒸汽，使过去的气压机械一变而成为真正的蒸汽机械了。有了这种改良，蒸汽就不会再浪费了。

这项新的装置，最为突出的地方在于不让空气跑进气筒内。正是出于这种考虑，瓦特才设计一个能包住这个气筒的第二个气筒，而将蒸汽导入到里面去。

瓦特的这种凝结器分离的构想，的确是很奇妙。为了制造实际上能转动的蒸汽机模型，他在金格街口的牛肉市场内借用了一间旧仓库，在那里开始着手制造。对于人类来说，新蒸汽机将是一个伟大的发明。但是制造新的蒸汽器械需要一笔庞大的资金，这是瓦特所不能承受的。