1．在实践中学习
1736年，瓦特出生在英国苏格兰格拉斯哥市附近的一个小镇格里诺克，他的祖父和叔叔是机械工人，父亲是一位经验丰富的造船工人。少年时代的瓦特，由于家境贫苦和体弱多病，几乎没上过学，没有受过完整的正规教育。但在家庭的影响下，瓦特从小就懂得了不少机械制造的知识，培养了制造机械的兴趣。他曾经就读于格里诺克的法文学校，数学成绩特别优秀，但没有毕业就退学了。瓦特在父母的教导下，一直坚持自学，很早就对物理和数学产生了兴趣。瓦特从6岁开始学习几何学，到15岁时就学完了《物理学原理》等书籍。他常常自己动手修理和制作起重机、滑车和一些航海器械。
1753年，瓦特18岁。他进格拉斯哥城当徒工学习手艺，后来又去伦敦专门学习机械制造。由于收入过低，不能维持生活，第二年他又到伦敦的一家仪表修理厂当徒工。一年的学徒生活使他饱尝辛酸，也使他练就了精湛的手艺，培养了他坚韧的个性。但是，繁重的劳动和艰苦的生活损害了他的健康，一年后，他不得不回家休养。
1756年，当他的身体稍有好转，瓦特再次来到格拉斯哥市。他想当一名修造仪器的工人，但是因为他的手艺没有满师，当时的行业协会不允许。幸运的是，瓦特的才能引起了格拉斯哥大学教授迪克的重视。在他的介绍下，1757年，瓦特到格拉斯格大学当实验员，专门制作和修理教学仪器。大学为瓦特提供了良好的学习与实践的机会。他孜孜不倦地学习，还掌握了德文和意大利文，一有机会就向大学里的教授请教，有时还和他们讨论科学技术问题。凭借着自己的勤奋好学，他很快学会了制造那些难度较高的仪器（见图10－7）。
图10－7 伦敦科学博物馆瓦特工作室三座半身塑像
这所学校拥有当时较为完善的仪器设备，这使瓦特在修理仪器时接触到了先进的技术，开阔了眼界。这时，他对以蒸汽为动力的机械产生了浓厚的兴趣，开始收集有关资料。在大学里，他认识了化学家约瑟夫·布莱克和约翰·鲁宾孙等，从他们那里学到了很多科学理论知识。
2．刻苦钻研，不断改进
1765年，经过多次改进后，瓦特试制出的蒸汽机模型实验表明，蒸汽机的热效率比纽克曼的蒸汽机提高了4～6倍，而耗煤量却减少了3／4。1769年，瓦特设计出可以节约火力的蒸汽机和节约燃料消耗的分离冷凝器，就在这一年，瓦特因他的这一划时代的发明获得了专利权，作为资本主义大工业时代动力机械的蒸汽机由此诞生，工业革命由此成为可能（见图10－8）。
图10－8 瓦特第一台蒸汽机，主体部件用木头制成
比较经瓦特改进的蒸汽机与纽克曼蒸汽机的区别，可以更深刻地了解瓦特在蒸汽机改进和发明过程中所做的工作。
纽克曼的蒸汽机工作原理很简单，锅炉与汽缸（同时也是冷凝场所）相通，当汽缸中充满蒸汽时，冲挤活塞向上移动，然后从水管处喷浇冷水，使汽缸冷却，蒸汽冷凝，活塞下降，带动它上面相连的杠杆动作。如此反复加热锅炉里的水以获得蒸汽，再通过水管不断浇喷冷水以使蒸汽冷凝。汽缸与冷凝器同在一个容器里，受潜热（100℃的水变成100℃蒸汽所需的热和100℃的蒸汽冷凝为100℃的水时所释放的热）的影响，造成燃料的很大浪费而做功的效率却很低。
再看瓦特改进的蒸汽机，锅炉与汽缸相通，汽缸中充满蒸汽后通往冷凝器，再从水管处向冷凝器喷浇冷水使蒸汽冷却。冷凝器的充汽与冷凝带动与之相连的活塞上下运动，活塞再带动和上面相连的杠杆动作。这样汽缸与冷凝器分开，汽缸可以永远保持必需的高温，而使蒸汽冷凝器不间断地工作。这样不但节省了大量的燃料，也可使蒸汽机的工作不再断断续续，节省了大量的时间，大大提高了效率（见图10－9）。
图10－9 实用的瓦特蒸汽机
瓦特和鲁宾孙、布莱克这两位学者（鲁宾孙后来也成为一位教授）的友谊非同一般。鲁宾孙在他的著作《蒸汽与蒸汽机》里曾记叙说，当他将瓦特引见给布莱克的时候，说起自己第一次见到青年瓦特时，就被瓦特的博学和智力敏捷所感动，还说：“我原本只希望找到一位工人，不曾想却碰到了一位哲学家。”鲁宾孙还说：“每当我在工作中遇到疑难问题，就去找瓦特，无论什么问题，到了瓦特的手中，都会迎刃而解。”
瓦特对布莱克更是充满了尊敬和感激的心情，在他成名之后，他曾说：“我之所以能够有今天，多亏布莱克的巨大帮助。是他教给我物理学的理论和实验的。他始终是我的真正朋友和顾问。”有记载说，瓦特曾经用他那灵巧的双手，制造了一架小风琴送给布莱克，可见两人感情之深厚。
可见，人的一生在关键时刻能遇到知音或伯乐是一种幸运，也是成功的助推剂。
瓦特生活在18到19世纪的英国，所以在他的身上不可避免地带有时代的特征。他曾经阻挠双筒蒸汽机和高压蒸汽机的发明和推广，还嘲笑别人用蒸汽机来驱动车辆的努力。
总的来说，瓦特为蒸汽机的改进、完善和推广、使用作出了不可磨灭的重要贡献，有力地推动了社会的前进。恩格斯在《自然辩证法》中这样写道：“蒸汽机是第一个真正国际性的发明……瓦特给它加上了一个分离的冷凝器，这就使蒸汽机在原则上达到了现在的水平。”
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