那個時候,英國人已經開始使用蒸汽為動力的機器了。1698年,英國人塞維利制造了第壹臺蒸汽泵(bènɡ),用蒸汽把水壓到高處,推動機器轉動。後來到了1705年,有個叫紐科門的鐵匠,又在此基礎上,制出了第壹臺蒸汽機,很快被工業部門采用,並傳到歐洲各國。可是這種蒸汽機消耗的燃料特別多,功率也低,使用起來也不方便。
由於天文系在格拉斯哥大學是新近才設立的,所以傑米所修理的儀器,在該校來說,還是件稀罕的東西。
因此,常有拿著實驗儀器來問瓦特的教授:“對不起,瓦特先生,請妳幫我看壹看。”
瓦特的自信心越來越強了。
隨後,他回家與父親商量;在學校附近開了個教學儀器店。
這件事,對瓦特的人生道路有著重大的影響,使他這壹位普通的工人,邁進了大學的校門。
瓦特的店鋪設在大學的角落裏,但正好處在街邊,校外的訂貨可以自由出入。
每天早晨,在學校還沒開門之前,瓦特就已經把店門打開,努力地工作了。
不知不覺中,這裏就成了教授和學生們的俱(jù)樂部了,他們都喜歡與這位純樸、樂天、坦率,且見地又與眾不同的年輕人交往,並且,在瓦特的店裏,他們可以方便地看到各種器械模型。
這壹天,魯賓遜來找瓦特,對瓦特說:
“瓦特先生,我有壹個特別的生意想和妳談談!”
“噢?什麽特別的生意!”瓦特好奇地問。
魯賓遜說:“妳知道,在古代,人類尚未具有高智慧的時候,只知道憑借自身的力量辦事,到人類漸漸地變聰明後,就想到利用動物的力量了。
“譬(pì)如說搬運東西,最初人類是把東西扛在肩背上來搬運的,到了明白把東西放在車子上用馬來拉的時候,人類的力量已增加了幾倍,甚至幾十倍了。
“但是這還不行,除了動物之外,必須再想出其他更強的動力來移動車子。究竟有沒有這種動力呢?”
說完,魯賓遜等待瓦特的答復,可是壹看到瓦特默然不語,魯賓遜又繼續說下去。
“有的,我想是有的,那就是蒸汽的力量。我想,用蒸汽來推動的車子壹定會被發明出來的。”
瓦特把眼睛睜得圓圓的,望著他的臉,可是魯賓遜越講越有勁兒,又繼續說了下去。
“用蒸汽來推動車子的構想雖然讓人感到詫異,可是那絕不是夢想啊!不是早就有紐科門所發明的抽水蒸汽水泵(bènɡ),被人們普遍使用著嗎?使用於抽水的動力,和用做推動車子的動力原理是相同的啊!”
“妳說得挺有道理。”瓦特聽得津津有味津津有味:形容有滋味;有趣……事實上,我不過是今天才學到有關紐科門蒸汽機的知識的,雖然對於它的原理與構造方面都已有所了解,但是,這種了解是無濟於事的。要想從中產生壹種新的東西來,非得具有非凡的想象力與發明能力。
“瓦特先生,只要我們兩人肯合作,哪有辦不到的事情?妳想不想嘗試以蒸汽推動車子的發明呢?”
“當然想!”瓦特對這壹新的目標產生了濃厚的興趣。
第二天,他馬上跑到格拉斯哥大學的圖書館,找出有關蒸汽機械的書籍,然後根據原理並開始實驗起來。
他設法找到壹個蒸煮器(就是現在高壓鍋的最初的雛形),把它用作產生蒸汽的裝置,他把壹個裝有密封活塞塊的小註水器連接到蒸煮器上,並在蒸煮器和註水器之間裝上壹個閥門,這個閥門可以朝上、下兩個方向轉動;根據閥(fá)門的轉動方向,既能使蒸汽進入汽缸(ɡānɡ)(即小註水器),也能把它全部排放出去。
瓦特將閥門扭動,蒸汽進入汽缸,小活塞被蒸汽往上頂,這股力居然能舉起7公斤重的東西。
“啊,動起來了!動起來了!”瓦特和魯賓遜都控制不住自己的驚喜。
正當他們打算同心協力大幹壹場的時候,魯賓遜畢業了,他要去海軍服役,離開了格拉斯哥大學。瓦特只好獨自繼續蒸汽機械的研究。
了解了蒸汽機械的歷史,瓦特迫切要看到的就是紐科門的機械了。
剛好就在這個時候,瓦特聽說格拉斯哥大學的標本室裏,有壹架紐科門機械的模型。
瓦特就把這個模型帶回店鋪去了,這是他第壹次看到紐科門機的模型。
瓦特馬上把模型機械壹壹拆(chāi)開,這是他壹向的作法。直到領會了它的構造和操作方法之後,瓦特才將損壞的地方完全修好,再好好地裝配起來。
瓦特迫不及待地生起了火,把火放在鍋爐底下,想轉動模型看看。
水壹開就冒出許多蒸汽來,扭動閥門,蒸汽就進入了那個小汽筒內,咕咚咕咚地開始轉動了起來。
“啊!動了!動了!”但是奇怪的是活塞只動了三四下就停止了。
“咦!怎麽回事?”瓦特又重新試驗了壹下,但結果還是壹樣。
三次、四次、五次……做了好幾次,活塞仍然半途就停了下來。
“奇怪!這是什麽緣故呢?”瓦特在想。
他立刻到圖書館去翻查書本,看什麽地方有問題,但是卻得不到結果。要想弄清這個問題,除了再次實驗之外,別無他途。
瓦特把模型機械的各部分又重新檢查了壹番,在經過好幾次同樣的試驗之後,終於發現了問題所在。汽筒是用黃銅制的,這樣使加熱和冷卻都比較慢。應該采用鐵制的汽筒。
另外,更重要的壹點是:無法使機器順利轉動的原因是汽筒的溫度問題。蒸汽壹遇冷就立刻凝結起來,所以,最初把蒸汽從鍋爐輸送到汽筒裏去的時候,為了不使蒸汽無謂的凝結,汽筒就必須保持在攝氏100度以上。
可是要想把滿汽筒的蒸汽凝結,使之成為真空,則又得把汽筒的溫度下降到常溫,也就是攝氏15度以下了。
在汽筒內噴射冷水,目的就是為了促使溫度迅速下降,使蒸汽早點凝結。也就是說,汽筒必須不斷地被加熱和制冷。
可是問題卻是:壹旦冷卻了汽筒的溫度,要想把它再升高到沸點,勢必要消耗掉大量的蒸汽。
紐科門的發明到這壹點就不能繼續了。
而瓦特卻是身兼學問和技術的真正的發明家。他對於紐科門機的結構和作用,始終抱著壹種嚴謹嚴謹(jǐn):嚴密謹慎。的態度去研究,結果他發現了它的缺點。
好幾天以來,他總是坐在工作臺前面,連實驗也懶(lǎn)得去做。有時坐在已經停止轉動了的機械前面,靜靜地沈思,然後站起來,嘴裏嘟囔著,在房間裏走來走去。
在這幾天當中,無論是睡覺、吃飯或工作的時候,他都不停地思考著這個問題。這壹天,他出來走走,從大街小巷,從廣場到大路,瓦特足足走了差不多有壹個鐘頭。
瓦特無意中把頭壹擡,這時映人他眼簾的是壹片綠油油的草地。
“美麗極了!”
瓦特放松地在壹張長椅上坐了下來,閉上眼睛,托住下巴靜靜地養神。
這個時候,“熱量和凝結”的問題,在瓦特的腦中悄然消失了,使瓦特感到無比的舒暢。
“唉!回家吧!”
瓦特站起來伸了壹個懶腰,然後慢條斯理慢條斯理:形容動作緩慢,不慌不忙。地走回家,可還是不由自主地又想起了他的問題。
剛走過洗衣店,到達牧羊人所住的小屋的時候,又壹個念頭飛進了他的腦海裏。
“由於蒸汽是壹種具有彈性的物體,因此,凡是有真空的地方,它就無孔不入,如果在汽缸和蒸汽室之間加壹個通道,蒸汽就會進入裏面而冷凝,這樣就不用冷卻汽缸,紐科門機的問題不就迎刃而解迎刃而解:比喻主要的問題解決了,其他有關的問題就可以很容易地得到解決。了嗎?”
想不到這個無意中冒出的念頭,就把他在壹年當中,想了又想的問題完全解決了。
蒸汽因為具有推動力,所以能夠沖入真空的容器裏。要是把真空的容器附在汽筒上,蒸汽經過汽筒後就必定會進入那個容器裏去,那麽,蒸汽就可以在那個容器裏凝結,而不必在汽筒中凝結。
也就是說,為了蒸汽的凝結,只要另外再做壹個凝結器連接在汽筒就行了,這樣壹來,蒸汽就在那裏凝結,而不需要再把汽筒冷卻,汽筒就始終是真空的了。
各種不同的作用,分別在不同的容器內進行,汽筒就可壹直保持熱度,凝結器就永遠使它冷卻下去,這樣壹來,連壹絲蒸汽也不會浪費掉了。
瓦特的腦子像風車壹樣不停地旋轉著。
可是,這個冷凝器如果采用紐科門機的方法,噴灑冷水使蒸汽凝結,而噴灑的水和凝結而成的水,以及漏進來的空氣,怎樣逃出去呢?
這個問題又在困擾著瓦特,經過反復的思考,他想出了壹個辦法。
在下面設壹個排水口,將水自管子中擠壓出來,當蒸汽沖進去時,又可以將空氣也擠壓出來。
瓦特的想法,壹步壹步地接近了成功的邊緣(yuán)。想到這裏,他已走過了兩條街。此時,他已得出結論——那就是在汽筒旁邊再做壹個冷凝器。
說起來這是多麽簡單的事啊!在壹次午後愜意愜意(qiè):滿意;稱心;舒服。的散步中,就得出了這個發明。
瓦特由於專心於發明,店裏的生意也清淡了,他在教學儀器上所賺的錢都用光了,此外向迪克博士所借的錢也有1000英鎊了,可是瓦特的蒸汽機械還沒有完全成功,為了新裝置的實驗,還得用上壹筆龐大的費用,這筆錢由誰出呢?
羅伯克是壹家名叫加倫鐵工廠的創始人,有著雄厚的資本,那個時候,他正在從事煤礦事業,所以非常關心煤坑內的排水問題。
這是壹個多麽難得的機會啊!
由於朋友迪克博士的介紹,羅伯克與瓦特建立了合作關系。
瓦特高興得馬上著手實驗新的模型,直至新的模型也試驗成功。
“這樣準沒有問題了,馬上去申請專利吧!”
瓦特就在那年的8月,到倫敦去申請專利。
之後,到了1769年初,瓦特的蒸汽機的專利才被批準下來。
那時瓦特已經33歲了,從最初開始實驗起,足足費了將近10年的悠長歲月,這10年間,瓦特忍受經濟上的壓力,承受著生活上的困苦,碰到了許多困難和挫折挫折(cuò):失敗;失利。,但是他並不氣餒,因為他深深地知道,這種新機器將是偉大而有用的發明。
他決定在羅伯克的壹所大房子裏進行新機器的改進和制造。那座房子位於山谷中的小河邊,用水方便,而且不被人註意。
1769年9月,花了6個月的時間,好不容易才把第壹臺機器完成了。
但瓦特的第壹臺蒸汽機並不成功。
凝結器的作用不大好,加倫鐵工廠所造的汽筒,也因鑄(zhù)造不良,根本就不能使用。最大的困難在於保持活塞的緊密,瓦特把軟木、油布、麻布、舊帽子、牛皮紙,統統用來包紮活塞,但是蒸汽照樣漏出來,那些辦法壹點用處也沒有。
瓦特十分灰心。
他的朋友魯賓遜寫信來鼓勵他:“這次的失敗,過錯並不在妳的發明,這完全是工廠的制造技術太差的緣故。只要有可靠的工人,壹定會成功的。”瓦特這才鼓起勇氣,打算重新開始。
而這時,支持他的羅伯克卻因做生意賠了錢,不能再資助他了。發明家陷入了真正的困境。他不得不去從事壹些測量師、工程師的工作來維持家庭的生計。偏偏這時候,他的妻子也因生病離開了人世。瓦特墜(zhuì)入了人生的最低谷。但他卻仍然熱心地從事蒸汽機的研究,因為,這才是他的人生目標。
功夫不負有心人,瓦特的艱苦努力終於引起了壹個大事業家的註意。他是羅伯克的朋友鮑(bào)爾頓,他接替了羅伯克的位置與瓦特合作,使得瓦特終於有機會再壹次制造他的蒸汽機。
過去的紐科門機與其說是蒸汽機,還不如說是氣壓機來得恰當,因為它是借助大氣壓力而轉動的,避免不了漏入空氣的弊(bì)端。
瓦特所發明的機器,完全利用蒸汽的膨脹力,可謂名符其實的蒸汽機。
試驗非常成功,瓦特和鮑爾頓大為滿意,於是就在塞荷制造廠內設了壹個制造蒸汽機的車間,準備正式從事蒸汽機的制造。