论蒸汽机的发明对18世纪工业技术的促进作用

自然科学简史结课论文

——《论蒸汽机的发明对18世纪工业技术的促进作用》

论蒸汽机的发明对18世纪工业技术的促进作用

詹姆斯·瓦特是英国著名的发明家，是工业革命时期的重要人物。英国皇家

学会会员和法兰西科学院外籍院士。他对当时已出现的蒸汽机原始雏形作了一系

列的重大改进，发明了单缸单动式和单缸双动式蒸汽机，提高了蒸汽机的热效率

和运行可靠性，对当时社会生产力的发展作出了杰出贡献。他改良了蒸汽机、发

明了气压表、汽动锤。后人为了纪念他，将功率的单位称为瓦特，常用符号“W”

表示。瓦特是国际单位制中功率和辐射通量的计量单位，常用符号“W”表示。

蒸汽机的发明背景：

人类对蒸汽的认识和利用，经历了一个漫长的历史过程。早在公元前二世纪，

古希腊人就制造过一种利用蒸汽喷射的反作用的发动机。1690年，法国人巴比

首先发明了第一台活塞式蒸汽机，但他未能制成实用的蒸汽机。1698年，英国

的一位技师塞莱斯发明了实用的无活塞式蒸汽机。这种机器在矿井中得到应用，

被称为“矿山之友”，但受当时材料和技术的限制，无法推广。后来经过改进，直

到18世纪，英国的铁匠纽科门才制成第一台能把热能转变为机械能的较原始的

蒸汽机。这种机器综合了巴本机和塞莱斯机的优点，不需高压蒸汽即可排水，效

率也有较大提高。但是，这种蒸汽机结构不合理，耗煤多，活塞只能作往复运动，

不能作旋转运动，因此热效能较低。

蒸汽机的改进：

随着工业发展对新动力的需求日益突出，推动了对蒸汽机作进一步的改进。

从18世纪60年代起，英国的工程师斯米顿开始研究改进纽可门蒸汽机，他测

量了一百多种当时的蒸汽机的部件和效率，并对所得资料进行了系统的比较分

析。斯米顿本人没有对蒸汽机的结构做任何改进，但是他积累的数据为改进蒸汽

机提供了方便。与此同时，瓦特也开始研究改进蒸汽机。

瓦特在大学修理仪器期间，学校曾经把一台旧式的纽可门蒸汽机交给他修

理。他通过大量实验以及根据格拉斯哥大学教授布莱克提出的潜热、比热理论进

行分析，对旧式蒸汽机进行深入研究，找出了旧式机器效率低的主要原因：除了

漏汽、散热等造成热量的浪费外，主要缺陷在于每一冲程都要用冷水将汽缸冷却

一次，从而耗了大量热量，使绝大部分蒸汽没有被有效利用。针对这一缺陷，瓦

特提出了减少蒸汽消耗，提高热机效率的两项措施：一、为了使汽缸始终保持蒸

汽所必须具有的温度，必须在汽缸外加上绝热外套或通以蒸汽或用其他方法对汽

缸加热；二、使作功后的蒸汽尽可能快地冷却，液化成水并要使这一过程在汽缸

外进行，为此必须设置一个独立于汽缸的冷凝器，在机械传动方面也要改进。他

决心自己制造一台新的蒸汽机，来改进旧机器的不足。

瓦特自筹资金，租了间地下室，买了必要的设备，反复实验，经历了无数次

挫折和失败，在工人的帮助下，终于发明了与汽缸分离的冷凝器，解决了制造精

密汽缸、活塞的工艺问题，同时采用油润滑活塞，汽缸外附加绝热层等措施，制

成单动作蒸汽机。后经继续试验，又在1782年，发明了具有连杆、飞轮和离心

调速器的双动作蒸汽机，制成了新的可实用的蒸汽机。这种双动作式蒸汽机，把

阀门安装得可利用蒸汽的压力来推动活塞，既可向前又可向后。并借助连杆和飞

轮把活塞的直线运动变成了圆周运动。为了保持蒸汽机的匀速运转，他把一个离

心调速器连接在进汽活门上，使其自动调节进汽量。这种装置是最早在技术上使

用的自动控制器。他设计了一个和汽缸分离的冷凝器，将高温蒸汽从气缸中导出

并冷却，使得主要汽缸能保持一定温度。同时他提高了汽缸的精密度，把活塞和

阀门也做得光滑、严密。从而比纽科门蒸汽机大大提高了热效率和可靠性。由于

这种蒸汽机把往复的直线运动变成为连续而均匀的圆周运动，因而可以经过传动

装置带动一切机器运转，成为能普遍用于工业和交通运输业的“万能动力机”。这

种高效率的蒸汽机很快取代了旧式的蒸汽机，被各工业部门迅速采用。从此，动

力机、传动机和工作机组成了机器生产系统，成为产业近代化的核心。

蒸汽机的发明与应用对工业技术的影响：

到19世纪30年代，蒸汽机广泛应用到纺织、冶金、采煤、交通等部门去，

很快引起了一场技术革命。美国人富尔顿发明了用瓦特蒸汽机作动力的轮船；英

国人史蒂芬逊发明了用瓦特蒸汽机作动力的火车。瓦特的蒸汽机成为真正的国际

性发明，它有力地促进了欧洲18世纪的产业革命，推动世界工业进入了“蒸汽时

代”。蒸汽机的应用具有划时代的意义,对人类社会的各个方面都产生了极其深远

的影响，到了20世纪乃至今天也没有完全失去其作为动力机的意义。正如马克

思所说，蒸汽机的发明与应用，在短时间内改变了整个世界的面貌。

1.促进了交通运输业的革新。蒸汽动力的应用，根本改变了交通运输技术的

面貌，直接导致了蒸汽机车、轮船的发明,带动了铁路的出现，美国人富尔顿建

成的汽船开创了世界航运史上的新时代.英国人斯蒂芬逊制成的蒸汽机车，开辟

了陆上运输的新纪元。19世纪40年代后英国出现了铁路建设的热潮，美、法、

德、俄等国也着手兴建铁路，很快形成了全国铁路网。为社会生产和人们交往提

供了更为快捷便利的条件。

2.带动了许多工业部门的发展。不但首先在纺织、采矿业中得到广泛应用，

而且还被推广到冶金、印染、机械、化工等一系列工业部门，加快了工业革命的

步伐,从而引发了人类历史上科学技术的第四次重大进步(有史以来的第四次产

业革命)。

3.促进了近代城市的兴起. 蒸汽机的广泛使用，带动了机器技术体系的成熟

及各类产业组织数量的增加,产业技术及机器生产向城市聚集,吸收了大量农业人

口流入城市, 开始了近代意义上的城市化进程. 19世纪以来，英国的城镇数量和

城市人口的增加非常迅速，近代城市大量兴起，城镇化运动加速,促进了城乡的

经济文化交流。19世纪中期俄国的农奴制改革、美国的西进运动和内战、德意

的统一及日本的明治维新使这些国家的城市化进程加快。

4.推进了生产力的发展.蒸汽机的应用是人类认识和利用自然力的一个大突

破,是真正由原始社会征服火之后而征服自然力的第二次革命。它改变了人类以

人力、畜力、水力作为主要动力的历史，使各种机器有了新的强大动力，从根本

上改变了生产的面貌，提高了劳动效率,极大地解放了生产力，导致了人类历史

上的第一次技术革命,完成了资本主义社会生产力的第一次飞跃.使人类社会开始

进入以蒸汽为动力的时代。

5.推动了生产方式的进步.蒸汽机的应用为实现由工场手工业向机器大工业

的变革提供了强大杠杆。英国，法国、德国、荷兰、瑞典等国先后实现了从手工

作坊到机械化大生产的变革,这是人类劳动组织形式的重大改变，在这之后才有

了真正意义上的社会化大生产。工厂代替工场成为工业化生产的主要组织形式,

不仅提高了生产管理的效率,而且使大批农民和手工业者成为雇佣劳动者，从而

确立了资本主义的生产方式,人类社会也由农业经济时代进入工业经济时代。

6.引起了社会结构的变革.蒸汽机的应用和机械工业的发展，既造就了庞大

的无产者队伍,同时也养肥了资本家,使社会阶级关系发生了重大变化,日益分裂

成两大对立的阶级：工业无产阶级和资产阶级.无产阶级的贫困化使市场的扩张

赶不上生产的增长，这就使“生产过剩”的经济危机不可避免。这种危机使失业工

人激增，在业工人工资降低。为了反抗剥削和压迫，19世纪的英法等国爆发了

宪章运动、里昂起义等工人运动,无产阶级革命运动高涨。

7.加快了世界一体化进程.由于轮船、火车的应用并延伸到世界各地，使世

界真正认识到铁路运输和轮船航运是工农业生产和社会交往的动脉,具有巨大优

越性。这就把过去分散、孤立的地区和国家联结起来，加强了世界各国各地区间

的相互联系,使人类生活世界的空间距离大大缩小,使全球经济联成一体,促进了

资本主义世界市场的形成,极大地推进了世界经济的发展。

8.导致了世界格局的变化.蒸汽机的应用壮大了工业资产阶级的力量，使资

产阶级有能力按照自己的意愿去征服世界. 西方国家对弱小国家或民族的殖民

征服,使殖民地半殖民地被卷入资本主义世界体系,造成了东方从属于西方的国际

关系格局.19世纪中期形成了以英国等少数国家为中心，以亚、非、拉广大地区

为边缘地带的世界格局。

9.推动了政治领域的变革.蒸汽机的应用促进了资本主义经济的发展,引发出

一系列的革命与改革，资产阶级革命和改革运动成为世界历史发展的主流（1848

年欧洲革命、俄国农奴制改革、德、意统一、美国内战、明治维新）。

10.给东方国家造成双重性影响.一是加剧了东方的贫困落后，给当地人民带

来祸害和苦难,引发了民族解放运动.二是破坏了东方传统的社会经济结构，传播

了新兴的资本主义生产方式和思想观念，有利于社会的进步。以蒸汽机为动力的

近代军事工业和民用工业创办起来;以蒸汽机为动力的轮船与军舰出现,外商企

业、洋务企业、民族资本主义工业等近代经济成份相继出现

总之，蒸汽机有很大的历史作用，它曾推动了机械工业甚至社会的发展。随

着它的发展而建立的热力学和机构学为汽轮机和内燃机的发展奠定了基础；汽轮

机继承了蒸汽机以蒸汽为工质的特点，和采用凝汽器以降低排汽压力的优点，摒

弃了往复运动和间断进汽的缺点；内燃机继承了蒸汽机的基本结构和传动形式，

采用了将燃油直接输入汽缸内燃烧的方式，形成了热效率高得多的热力循环；同

时，蒸汽机所采用的汽缸、活塞、飞轮、飞锤调速器，阀门和密封件等，均是构

成多种现代机械的基本元件。