蒸汽机技术如同凭空降世的神迹,不饮热水的民族如何驾驭蒸汽之力

B站影视 日本电影 2025-10-17 20:01 1

摘要:继西方伪史论后,西方近代盗窃中国科技的论调也甚嚣尘上,瓦特只是改良了蒸汽机,西方为什么没说蒸汽机是谁发明的,是因为他们盗窃我们的蒸汽机技术,他们的蒸汽机是突然冒出来的,不喝热水的民族如何发明蒸汽机?这背后,是否隐藏着刻意抹杀中国科技贡献的殖民主义逻辑?

继西方伪史论后,西方近代盗窃中国科技的论调也甚嚣尘上,瓦特只是改良了蒸汽机,西方为什么没说蒸汽机是谁发明的,是因为他们盗窃我们的蒸汽机技术,他们的蒸汽机是突然冒出来的,不喝热水的民族如何发明蒸汽机?这背后,是否隐藏着刻意抹杀中国科技贡献的殖民主义逻辑?

古代不注意卫生普遍不喝热水,但煮东西还是有的,特别是大冬天,还有中国茶叶传到西方,有钱人也应该会煮水泡茶。

希罗发明的气转球,也叫艾奥罗斯蒸汽球

希罗发明是用蒸汽推动的空心球。空心球是用铜做的,上面连着两个空心的、方向相反的弯管,把这个空心球卡在连通着蒸汽的管道上,当球下面的器皿里的水烧沸腾起来的时候,蒸汽进入那个空心球,然后从装在空心球上的两根弯管的管口喷了出来,因为两个管口的方向相反,两股相反的力形成一股扭力,这股扭力就会推动着空心球不停地迅速转动。不过蒸汽用来作为动力古已有之,只能说亚历山大里亚的希罗曾利用蒸汽的反冲力做过一个玩具,不是蒸汽机,也不算蒸汽机起源。

中国有水排,风箱,是不是具备了发明蒸汽机的条件?在西方人看来,是水(风)磨和钟表,这是过去传下来的两种机器,他们的发展在还在手工业时代就已经为机器时代做了准备。18世纪的水磨体系已经出现了由工作机、传动机和动力机三部分组成的机器系统的雏形。但这些并不是发明蒸汽机的关键,具备这些条件不代表能发明出蒸汽机。

西方蒸汽机发明从动因和到瓦特改良蒸汽机,再运用到远洋船只等各领域,其过程极为清晰。

资本主义海外贸易极大刺激了英国国内经济和生产,随着工业的发展,作为传统生物能源的木材明显不足,煤开始作为燃料被广泛使用,采煤业因而越来越热。但是,矿业主普遍面临一个头疼的问题是矿井的排水问题。由于矿井越开越深,越开越大,用传统的提水机械来排水需要动用大量的人力和畜力。据说到了17世纪晚期,英国有些矿井的提水水泵需要500匹马才能开动。这种情况迫使人们尽快研制用以矿井排水的动力机械。

近代也有许多人动过这方面的脑筋。第一个比较有意义的尝试可能是罗马林琴学院的创始人之一波尔塔做的。他在1601年出版的《神灵三书》中提出,可以利用蒸汽的压力使水提升,而蒸汽冷却后形成的真空又可以将水从低处吸进来。他设计的装置虽然只是一种实验器械,没有什么实际用途,但其叙述的构想以及他当时还未意识到的物理原理却十分重要。

巴本的活塞式蒸汽机

17世纪上半叶,大气压力和真空概念已广为人知,但将这一新的物理概念用于实际还不多见。法国工程师巴本在使蒸汽动力技术实用化方面迈出了一大步。

巴本生于法国南部的布卢瓦,早年学医。1671年在巴黎结识惠更斯后,对实验物理学产生了浓厚的兴趣,并协助惠更斯做了不少大气压力和真空实验。1674年,他成功地改进了波义耳的空气泵。波义耳听到这个消息,便邀请巴本当他的助手,巴本遂于1675年来到伦敦,跟随波义耳系统学习气体力学知识。1679年,巴本研制出了一种“蒸煮器”。这种炊锅完全密封,水在里面煮沸后产生的蒸汽压使沸点升高,高温使食物极易煮烂。锅盖上还装有安全阀防止蒸汽压力过高。实际上,“蒸煮器”就是现代人们常用的高压锅。据说,巴本用这种高压锅给查理二世做了一道菜,平时不太容易熟的骨头这时变得烂熟,味道极其鲜美。因为发明了此蒸煮器,他于1680年当选为皇家学会会员。巴本在蒸煮器的基础上制成了第一台带活塞的蒸汽机,设计方案以“一种获取廉价大动力的新方法”为题发表于1690年。他从欧洲当时的炼铁厂广泛使用的那种活塞式风箱中受到启发,认为有可能把风箱变为汽缸,而把风箱中的活塞变成汽缸的活塞,这是一个单缸活塞式蒸汽机,汽缸底部放有少量的水,将汽缸加热时所产生的蒸汽推动活塞至顶端,再将热源撤除,里面的蒸汽必定冷凝形成真空,于是汽缸在大气压力作用下下落。这个下落过程可以提供动力。巴本的活塞式蒸汽机只是实验性的,他设计的带安全阀的锅炉,长期作为学校物理课的教具。

塞维利的蒸汽泵

继巴本的蒸汽机之后,英国工程师萨弗里(又译塞维利)又发明了蒸汽泵。与巴本的蒸汽机不同,它没有活塞,因为它的直接目的只是抽水。当时矿井排水问题已迫在眉睫,政府多次悬赏寻求解决办法。

萨弗里的蒸汽泵模型

萨弗里的蒸汽泵由汽缸和三根导管组成,一根导管通往蒸汽锅炉,另两根分别是进水管和出水管。蒸汽进入汽缸后在外面注凉水冷却,在汽缸内形成真空将水吸入,第二次通入蒸汽再将汽缸中的水压出。1698年,萨弗里获得了该项专利。蒸汽泵是第一台投入使用的蒸汽机,某些使用过的矿场都称它为“矿工之友”。不过,它的缺点是十分明显的:它不可能将水提很高,因为那将需要较高的蒸汽压,而当时的锅炉不能安全地提供这样高压的蒸汽;而且,它的热效率太低。蒸汽机的下一步改进是由英国工程师纽可门完成的。

纽可门的蒸汽机

萨弗里的蒸汽泵问世后,马上吸引了当时还是铁匠的纽可门(又译纽卡门)。他决心在此基础上造出更好的蒸汽机来。为此,纽可门专程拜访了年迈的胡克。胡克向他讲解了有关的物理知识。后来,他又与萨弗里本人一起探讨改进方案,最终于1705年造出了一台蒸汽机。

纽卡门蒸汽机工作原理图

这台机器吸取了巴本蒸汽机和萨弗里蒸汽泵的优点,有一个带活塞的汽缸,但蒸汽由另外的锅炉输入。锅炉与汽缸相通连,汽缸上面有一个活塞,活塞借一根杆系于一根摇动的橫杆的一头,橫杆的另一头连着排水泵。当汽缸里的蒸汽膨胀时,推动活塞上升,使橫杆的另一端下降,下面连接有重量的平衡锤,挤压着水泵上的活塞下降;当向汽缸里的蒸汽喷洒少量的水使其冷凝,这样就在汽缸里造成局部真空,大气压力就会推动活塞下降,帶动着横杆将平衡锤提起使地下水被大气压力挤压着,冲开活塞涌入水泵。这样,只要连接着锅炉的汽缸不断充汽、冷凝,它的活塞就会不断地上下往复,抽水机也就连续不断地工作了。纽可门的创造在于,为了提高冷凝速度,他在汽缸里装了一个冷水喷射器,这大大提高了热效率。据说这是胡克的主意。与萨弗里的蒸汽泵不同,纽可门的机器依靠大气压力而不是蒸汽压力工作,不存在高压蒸汽的危险性。

纽可门的蒸汽机马上投入使用,效果非常好。到了1712年,英国的煤场和矿场基本都用上了这种新式蒸汽机。

瓦特改良蒸汽机

又过了半个世纪,工业生产对于动力机的需求空前增长。纽可门蒸汽机的热效率仍然不高,只能用于矿山抽水,不能满足新的需要。于是瓦特蒸汽机应运而生。瓦特1736年生于苏格兰西部格里诺克的一个工人家庭,从小饱受贫穷和疾病的折磨。十几岁来到伦敦当学徒,学习机械制造。1756年,瓦特回到苏格兰的格拉斯哥,想自己创业,但因学徒年限不够,只得在格拉斯哥大学谋得一个机修工的职位。在大学里,他认识了著名的物理学家布莱克,从他那里学到了许多热学知识。与此同时,他在思考如何改进纽可门蒸汽机。

1763年,他奉命修理格拉斯哥大学的一台纽可门蒸汽机,得以仔细研究纽可门机的结构。他发现纽可门机的热量浪费太大。纽可门蒸汽机的要害在蒸汽缸上。它的汽缸既容纳从锅炉里喷出来的蒸汽,当蒸汽注满以后,又要立即喷上冷水,使蒸汽冷凝才能产生真空,利用气压的压差去推动横杆。这样,汽缸一会儿需要加热到充满蒸汽的程度,一会儿又要浇凉到使蒸汽完全冷凝的程度,更何况将浇开的水加热成水蒸汽,还需要相当多的“潜热”,而且这样用冷水去浇汽缸而使蒸汽冷凝的方法,所得到的冷凝效果也是不充分的。也就是煤矿里有大量品质较低的煤供纽可门机用,其他场合根本不可能使用这种如此消耗燃料的动力机。但是,如何改正这一缺点呢?

1765年,瓦特终于想出了在汽缸之后再加一个冷凝器的主意。为了减少热量的损耗、提高效率,瓦特想出把主汽缸始终保持在同一高温上,而用一个保持低温的冷却器来冷凝蒸汽,这样每次动作就用不着重新加热汽缸而损失热量。

瓦特蒸汽机

1765年瓦特运用热学理论终于研制成了分离冷凝器.瓦特改进的蒸汽机,锅炉与汽缸相通,冷凝器与汽缸之间有一个调节阀门相连,使冷凝器与汽缸既能连通又能分开。这样,高温蒸汽注入汽缸时阀门关上,做功后打开阀门,蒸汽则马上被引入冷凝器(冷凝器事先用一台抽气机抽成真空)冷却,之后在冷凝器和汽缸内均形成真空。活塞在大气压力下做功,之后关上阀门,重新将冷凝器抽成真空,重复前一过程。瓦特也因发明冷凝器而获得他在革新纽可门蒸汽机的过程中的第一项专利。

在汽缸外加冷凝器后,蒸汽机的效率成倍地提高。但瓦特并不满足于此,瓦特看出热效率低已不是他的蒸汽机的主要弊病,而活塞只能作往返的直线运动才是它的根本局限。1781年,他想到了把活塞往返的直线运动变为旋转的圆周运动就可以使动力传给任何工作机。同年,他研制出了一套被称为“太阳和行星”的齿轮联动装置,终于把活塞的往返的直线运动转变为齿轮的旋转运动,为了使轮轴的旋轴增加惯性,从而使圆周运动更加均匀,瓦特还在轮轴上加装了一个火飞轮,由于对传统机构的这一重大革新,瓦特的这种蒸汽机才真正成为了能带动一切工作的动力机。1781年底,瓦特以发明带有齿轮和拉杆的机械联动装置获得第二个专利。

1782年,他进一步设计出了双向汽缸,使蒸汽轮流从活塞的两端进入,使热效率又增加了一倍。经过进一步改进的瓦特蒸汽机,成了效率显著、可用于一切动力机械的万能“原动机”。蒸汽机改变整个世界的时代正式到来了。

到1790年,瓦特机几乎全部取代了老式的纽可门机。瓦特开始作为蒸汽机的发明人而受到尊崇。瓦特机的广泛利用使工业革命达到新的高潮。古老的人力、畜力和水力被蒸汽动力所代替,工厂不必再建在水流湍急的地方。大规模生产不仅可能而且成为必要。纺织业、采矿业和冶金业在瓦特机的带动下迅猛发展,而制造瓦特机又使机械制造业繁荣起来。

瓦特后来又发明了离心调节器,它使输入的蒸汽不致太多或太少。蒸汽驱使一个调节杆转动,转得越快,调节杆上的两个金属球就相互飞离得越远,从而使蒸汽出口变小;蒸汽输出减少后,调节杆转动就慢了,两个金属球就离得近了,蒸汽出口便会变大。

1800年,瓦特被选入皇家学会,他曾就职的格拉斯哥大学授予他名誉博士学位。1819年,瓦特在伯明翰逝世。

1802年,英国人威廉·西明顿采用瓦特改进的蒸汽机制造成世界上第一艘蒸汽动力明轮船“夏洛蒂·邓达斯”号,其为木壳结构,在苏格兰福斯-克莱德运河试航成功。

1785年,鲁滨孙兄弟运营了第一个由蒸汽机驱动的棉纺织工厂。1830年,理查德·罗伯茨(Richard Roberts)制造了一台由蒸汽机驱动的、纯机械化的自动骡机,被称为“罗伯茨纺织机”。

植桑饲蚕,礼仪之邦编织经纬之茧;独出机杼,蛮夷之国披上文明之纱。

第一次技术革命是指发生在18世纪中期至19世纪,以纺织机械的革新为起点,以蒸汽的发明和广泛使用为标志的技术革命。这场革命整个地改变了欧洲资本主义经济的技术基础,实现了手工业到机器工业的转变。

第一次工业革命期间,纺织业是对人类日常生活改变最大的“新”产业之一,而且在瓦特改良蒸汽机之前,这个行业已经迎来机械化的突破。

第一个重要发明,是飞梭。

约翰·凯伊飞梭织布机

飞梭是由英国钟表匠约翰·凯伊(John Kay)于1733年发明的。这虽然只是一个小零件,但意义却很重大。织布就是让线按照经纬纵横的方式紧密排列在一起,组成布面。纺织工在织布时,会固定经线,按照奇数列和偶数列上下分开,引导纬线在经线中穿梭,织出布料。飞梭的作用就是让纬线可以在纺织机上左右滑动。这样,纺织基本上就变成了一个半自动化的流程。

第二个重要发明,是纺纱机的改进。

珍妮纺纱机模型

纺纱是把大量短纤维聚合成松散的线,然后把松散的线一点点抽出来,捻搓后制成细密的、足够长的、可用于编织的线。1764年,英国布莱克本纺织工詹姆斯·哈格里夫斯(James Hargreaves)发明了锭子竖放联排的纺纱机,即“珍妮纺纱机”。珍妮纺纱机的优点是可以带动8—12个锭子,令纺织工作的效率大大提高。

第三个重要发明,是动力源的改进。

阿克莱特水力纺纱机

这里我说的动力源改进,其实还不是蒸汽机,而是水车。1765年,理查德·阿克莱特(Richard Arkwright)发明了一台水力纺纱机,当时水车的输出功率已可以达到数十马力,因此这台机器的效率和质量明显高于人力纺纱机。但是,阿克莱特和哈格里夫斯当时还不知道彼此的发明,所以阿克莱特的机器并没有应用珍妮纺纱机的联排竖锭技术。

骡机

直到1779年,塞缪尔·克朗普顿(Samuel Crompton)发明“骡机”,把二者的优点结合起来(“骡机”之名即源于此),这才带来了纺织业的一次重大革新。克朗普顿发明“骡机”的时间,已经跟瓦特改良蒸汽机的时间非常接近了。我们前面介绍过,蒸汽机最初根本不是作为万能的动力源使用的,它的用途非常单一,就是给煤矿抽水。直到瓦特发明了冷凝器(大幅提高其效率),又发明了行星齿轮系统(使得它可以做圆周运动),才大大拓展了蒸汽机的使用范围。简单说就是,活塞运动只能抽水,圆周运动才能驱动万事万物。纺纱机当然就在其列。

而中国别说是蒸汽机发明和改良的历程,根本就没有蒸汽机明确记载。网上流传关于中国明朝存在蒸汽机的只言片语,大都找不到出处原文记载,有些有出处的都不能确定是不是在说蒸汽机。而网上说的最多的是郑和船队用上了蒸汽机,他们依据是明史记载郑和宝船140米长,以此推论这么长的船远洋只能用蒸汽机,先不说真假(详见笔者此前关于明朝蒸汽机船的文章,在此不再详细论述),假设宝船用上了蒸汽机,参考西方蒸汽机从雏形到发明到改良,不仅运用在远洋船只上,并且运用在了各个领域。但明朝根本没发现有其他领域运用蒸汽机情况。

但现在西方伪史论上升到夺取西方话语权的高度,西方古代造假,近代抄袭,未来被我们超越,其实我们差的也就现在了,我也不好再说什么了,不过借机让大家了解西方他们的蒸汽机发明和改进史。

来源:历史记录大世界

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