詹姆斯·瓦特（1736年1月30日至1819年8月25日）是苏格兰发明家、机械工程师和化学家，其蒸汽机于1769年获得专利，大大提高了1712年托马斯·纽科门引进的早期常压蒸汽机的效率和使用范围。虽然瓦特没有发明蒸汽机，但他对纽科门早期设计的改进被广泛认为使现代蒸汽机成为工业革命背后的推动力。

快速事实：詹姆斯·瓦特

• 以发明改良蒸汽机而闻名
• 出生日期：1736年1月19日，英国苏格兰伦弗鲁斯郡格林诺克
• 父母：托马斯·瓦特、阿格尼斯·缪尔海德
• 死亡日期：1819年8月25日，英国伯明翰汉兹沃思
• 教育：家庭教育
• 专利：GB176900913A《减少消防车蒸汽和燃料消耗的新发明方法》
• 配偶：玛格丽特（佩吉）米勒、安·麦克格雷戈
• 孩子：小詹姆斯、玛格丽特、格雷戈里、珍妮特
• 值得注意的一句话：“除了这台机器，我想不出别的。”

早期生活和训练

詹姆斯·瓦特于1736年1月19日出生于苏格兰格林诺克，是詹姆斯·瓦特和阿格尼斯·缪尔黑德五个幸存子女中的老大。格林诺克是一个渔村，在瓦特有生之年，这个渔村变成了一个拥有蒸汽船队的繁忙城镇。小詹姆斯的祖父托马斯·瓦特是一位著名的数学家和当地的校长。老詹姆斯是格林诺克的一位杰出公民，也是一位成功的木匠和造船师，他为船只配备了设备，并修理了罗盘和其他导航设备。他还定期担任格林诺克的首席法官和司库。

尽管表现出数学天赋，但年轻的詹姆斯健康状况不佳，使他无法定期上格林诺克文法学校。相反，他通过帮助父亲做木工项目，获得了后来在机械工程和工具使用方面所需的技能。年轻的瓦特是一位热心的读者，在他手中的每一本书中都能找到一些令他感兴趣的东西。6岁时，他开始解决几何问题，并用他母亲的茶壶研究蒸汽。在他十几岁的时候，他开始展示自己的能力，特别是在数学方面。在业余时间，他用铅笔素描，雕刻，并在工具台上用木头和金属工作。他制作了许多精巧的机械作品和模型，并乐于帮助父亲修理航海仪器。

1754年母亲去世后，18岁的瓦特前往伦敦，在那里接受乐器制造培训。虽然健康问题使他无法完成正规的学徒生涯，但到1756年，他觉得自己已经学到了足够的东西，可以“像大多数熟练工人一样工作”。1757年，瓦特回到苏格兰。他定居在格拉斯哥的主要商业城市，在格拉斯哥大学校园里开了一家商店，在那里他制作和修理六分仪、圆规、气压计和实验室秤等数学仪器。在大学期间，他与几位学者成为朋友，这些学者将证明对他未来的职业生涯具有影响力和支持力，其中包括著名经济学家亚当·斯密和英国物理学家约瑟夫·布莱克，他们的实验将证明对瓦特未来的蒸汽机设计至关重要。

1759年，瓦特与苏格兰建筑师兼商人约翰·克雷格（John Craig）结成伙伴关系，生产和销售乐器和玩具。合伙关系一直持续到1765年，有时雇用多达16名工人。

1764年，瓦特娶了他的表妹玛格丽特·米勒，即他从小就认识的佩吉。他们有五个孩子，其中只有两个活到成年：1767年出生的玛格丽特和1769年出生的詹姆斯三世，他们成年后将成为父亲的主要支持者和商业伙伴。1772年，佩吉在分娩时去世，1777年，瓦特与格拉斯哥一家染料制造商的女儿安·麦克格雷戈结婚。这对夫妇有两个孩子：1777年出生的格雷戈里和1779年出生的珍妮特。

改进蒸汽机的途径

1759，格拉斯哥大学的一名学生展示了瓦特一种纽科门蒸汽机的模型，并建议它可以代替马匹来推动马车。1703年由英国发明家托马斯·纽科门（Thomas Newcomen）申请专利，该发动机通过将蒸汽吸入气缸来工作，从而产生部分真空，从而允许增加的大气压力将活塞推入气缸。在18世纪，纽科门发动机在英国和欧洲广泛使用，主要用于从矿井中抽水。

瓦特被纽科门发动机迷住了，开始用锡制蒸汽缸和活塞制作微型模型，活塞通过齿轮系统连接到驱动轮上。1763-1764年冬天，格拉斯哥的约翰·安德森要求瓦特修理纽科门发动机的模型。瓦特能够让它运转起来，但由于对蒸汽的浪费感到困惑，他开始研究蒸汽机的历史，并对蒸汽的特性进行实验。

瓦特独立证明了潜热（将水转化为蒸汽所需的热量）的存在，这是他的导师和支持者约瑟夫·布莱克（Joseph Black）提出的理论。瓦特带着他的研究去了布莱克，布莱克很乐意分享他的知识。瓦特放弃了这个想法，这个想法使他走上了一条改进蒸汽机的道路，这是基于他最著名的发明——独立冷凝器。

瓦特蒸汽机

瓦特开始意识到纽科门蒸汽机最大的故障是燃油经济性差，因为它的潜热损失很快。尽管纽科门发动机比早期的蒸汽发动机有了改进，但就制造蒸汽的燃煤量和蒸汽产生的动力而言，它们效率低下。在纽科门发动机中，蒸汽和冷水交替喷射到同一气缸中，这意味着随着活塞的每次上下冲程，气缸壁交替加热，然后冷却。每次蒸汽进入汽缸时，它都会继续冷凝，直到汽缸被冷水射流冷却回工作温度。因此，蒸汽热量产生的部分潜在动力在活塞的每个循环中都会损失。

瓦特的解决方案是在1765年5月开发出一个单独的腔室，他称之为“冷凝器”，在这个腔室中蒸汽发生冷凝。由于冷凝室与包含活塞的工作气缸分离，因此冷凝发生时气缸的热量损失非常小。冷凝器室始终保持冷态且低于大气压力，而气缸始终保持热态。

在瓦特蒸汽机中，蒸汽从锅炉的活塞下吸入动力缸。当活塞到达汽缸顶部时，允许蒸汽进入汽缸的入口阀关闭，同时允许蒸汽逸出进入冷凝器的阀门打开。冷凝器中较低的大气压力吸入蒸汽，在那里蒸汽被冷却并从水蒸汽冷凝为液态水。该冷凝过程在冷凝器中保持恒定的局部真空，并通过连接管将其传递至气缸。然后，外部高大气压力将活塞推回气缸，以完成动力冲程。

分离汽缸和冷凝器消除了困扰纽科门发动机的热量损失，使瓦特的蒸汽机产生相同的“马力”，同时减少60%的煤炭燃烧。节省下来的电能使瓦特发动机不仅可以用于矿山，还可以用于需要电力的任何地方。

然而，瓦特未来的成功是无法保证的，也不会没有困难。当他在1765年提出他关于独立冷凝器的突破性想法时，他的研究费用已经使他接近贫困。在向朋友借了一大笔钱之后，他终于不得不找工作养家了。在大约两年的时间里，他以土木工程师的身份养活了自己，在苏格兰勘测和管理了几条运河的修建，并为格拉斯哥市的地方官员勘探了格拉斯哥附近的煤田，同时继续致力于他的发明。有一次，一位沮丧的瓦特写信给他的老朋友兼导师约瑟夫·布莱克（Joseph Black），“在生活中的所有事情中，没有什么比发明更愚蠢的了，也许大多数发明家都是通过自己的经历得出了同样的观点。”

1768年，在生产了小型工作模型后，瓦特与英国发明家兼商人约翰·罗巴克（John Roebuck）建立了合作关系，以制造和销售全尺寸蒸汽机。1769年，瓦特获得了其独立冷凝器的专利。瓦特的著名专利“一种新发明的减少消防车蒸汽和燃料消耗的方法”至今被认为是英国授予的最重要的专利之一。

与马修·博尔顿的伙伴关系

1768年，瓦特前往伦敦申请专利时，遇到了Matthew Boulton，他是伯明翰一家名为Soho制造厂的制造公司的所有者，该公司生产小型金属制品。波顿和他的公司在18世纪中叶的英国启蒙运动中非常有名和受人尊敬。

博尔顿是一位优秀的学者，拥有相当多的语言和科学知识，尤其是数学知识，尽管他小时候离开学校去他父亲的商店工作。在商店里，他很快介绍了一些有价值的改进，他一直在寻找其他可能被引入到他的生意中的想法。

他还是著名的伯明翰月球协会的成员，该协会由一群人组成，他们共同讨论自然哲学、工程学和工业发展：其他成员包括氧气的发现者约瑟夫·普里斯特利、伊拉斯谟·达尔文（查尔斯·达尔文的祖父）和实验陶工约西亚·韦奇伍德。瓦特成为博尔顿的合伙人后加入了该组织。

博尔顿是一位浮华而精力充沛的学者，1758年结识了本杰明·富兰克林。到了1766年，这些杰出的人物开始通信，讨论蒸汽动力对各种有用用途的适用性。他们设计了一台新蒸汽机，博尔顿制作了一个模型，送到富兰克林那里，由他在伦敦展出。他们还没有意识到瓦特或他的蒸汽机。

当博尔顿在1768年遇到瓦特时，他喜欢他的发动机，并决定购买该专利的权益。在罗巴克的同意下，瓦特向博尔顿提供了三分之一的权益。尽管存在一些复杂情况，但最终罗巴克提议以1000英镑的价格将瓦特发明的一半所有权转让给马修·博尔顿。这项建议于1769年11月被接受。

博尔顿和瓦特工作蒸汽机

1774年11月，瓦特终于向他的老搭档罗巴克宣布，他的蒸汽机已经成功地完成了现场试验。瓦特在写给罗巴克的信中，没有表现出他一贯的热情和奢侈；相反，他只是写道：“我发明的消防车现在正在使用，而且比任何其他已经制造的消防车都要好，我希望这项发明将对我非常有益。”

从那时起，博尔顿和瓦特公司能够生产一系列具有实际应用的工作发动机。可用于研磨、编织和铣削的机器获得了新的创新和专利。蒸汽机被用于陆上和水上的运输。几乎每一项标志着蒸汽动力历史多年的成功和重要发明都起源于博尔顿和瓦特的车间。

退休与死亡

瓦特与博尔顿的合作使他成为一位国际知名人士。他长达25年的专利为他带来了财富，他和博尔顿成为英国技术启蒙运动的领导者，在创新工程方面享有良好声誉。

瓦特在斯塔福德郡汉兹沃思建造了一座被称为“希斯菲尔德大厅”的优雅大厦。他于1800年退休，余生在休闲和旅行中拜访朋友和家人。

詹姆斯·瓦特于1819年8月25日在希斯菲尔德大厅去世，享年83岁。他于1819年9月2日下葬。在汉兹沃斯圣玛丽教堂的墓地里。他的坟墓现在位于扩建的教堂内。

遗产

瓦特的发明以一种非常有意义的方式推动了现代工业革命和创新，从汽车、火车、轮船到工厂，更不用说由此产生的社会问题了。如今，瓦特的名字依附于街道、博物馆和学校。他的故事启发了书籍、电影和艺术作品，包括皮卡迪利花园和圣保罗大教堂的雕像。

圣保罗教堂的雕像上刻着这样一句话：“詹姆斯·瓦特……扩大了他的国家的资源，增强了人类的力量，并在最杰出的科学追随者和世界真正的恩人中占据了显赫的地位。”

资料来源和进一步参考

• 生活在启蒙运动和法国大革命中：詹姆斯·瓦特、马修·博尔顿和他们的儿子〉，《历史杂志》42.1（1999）：157-82。印刷品。
• 来自蒸汽的动力：固定式蒸汽机的历史〉，剑桥：剑桥大学出版社，1993年。
• 米勒，大卫·菲利普。“《吹嘘的杰米》：詹姆斯·瓦特（1736-1819）的声誉中“哲学家”的商业和意识形态重要性”，《科学史》，2000年，https://journals.sagepub.com/doi/abs/10.1177/007327530003800101.
• 《杰姆斯瓦特的生命与传奇：合作、自然哲学、蒸汽机的改进》。匹兹堡：匹兹堡大学出版社，2019。
• 普格、詹妮弗S.和约翰·哈德森。“詹姆斯·瓦特（James Watt，F.R.S.）的化学工作”，《伦敦皇家学会笔记和记录》，1985年。
• 拉塞尔，本。“詹姆斯·瓦特：让世界焕然一新”，《伦敦：科学博物馆》，2014年。
• 赖特，迈克尔。“詹姆斯·瓦特：乐器制造商”，《加尔平学会杂志》2002年第55期。

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