仔仔科技说：科学小故事 瓦特是怎样改良蒸汽机的？

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一名仪器制造人员是如何成为世界知名的发明家和科学家的呢？要回答这个问题，先得从科学与瓦特终生从事的仪器制造工作之间的联系谈起。仪器制造人员是科学革命背后的“无名英雄”，所有领域的科学家都离不开这些“工匠”提供的工具。气象学家需要气压计，化学家需要实验分析工具，外科医生需要钳子和医疗设备。牛顿深入研究各种关系的测量和量化并引发了科学革命，而仪器制造人员是测量数据精确度的重要保证。

从本质上说，仪器制造人员提供的尖端设备是推动科学技术迅猛发展的重要因素。格拉斯哥大学有一个蒸汽机模型需要修复，这个模型非常珍贵是早期发明家托马斯·纽科门设计的。1764年，约翰·安德森教授请瓦特完成它的修复工作。这台蒸汽机的结构非常简单：蒸汽被注入汽缸之后就会推动活塞向上运动；蒸汽冷却后，活塞就会下落。活塞上下运动时，活塞杆也会随之上下运动，完成做功冲程。

这台蒸汽机的常规用途是从矿井中泵水，煤矿井和其他矿井的排水需要对蒸汽机技术改进提出了要求。正是这些改善采矿技术以充分开采矿藏的努力使得工业革命在英国爆发，随后又向世界各地蔓延。瓦特发现，纽科门蒸汽机的效率非常低，想让活塞上下运动做功，需要燃烧大量的煤才能产生足够多的蒸汽。瓦特亲手做了一些实验，结果发现了约瑟夫·布莱克的潜热理论。布莱克和瓦特各自发现，刚开始给水加热时热量会促使水的温度升高，我们每次烧水时也都可以观察到这个结果。

然而，水温升高的情况与人们的预想并不相同。一旦温度达到212华氏度（100摄氏度）即水的沸点，水温就会保持不变。与此同时，水会变成蒸汽。作用于水并促使水温升高的那部分热量被称为“显热”，而将水以及其他液体转化为蒸汽等气态的那部分热量叫做“潜热”。布莱克之所以称其为“潜热”，是因为我们无法测量这些热量的温度。瓦特断定，纽科门蒸汽机汽缸里的蒸汽在每个冲程都会冷凝或者冷却导致潜热流失，从而降低了蒸汽机的效率。

瓦特设计了一个独立冷凝器，实现了重大突破。为了保持蒸汽机汽缸的温度，他打算把蒸汽抽到另一个独立容器中，让蒸汽在那里冷凝成水。瓦特在独立冷凝器中制造了一个真空环境，这样一来，蒸汽就会从汽缸涌进冷凝器并在那里冷却，而汽缸的温度不会降低。以上就是仔仔分享的全部信息了，之后的一段时间仔仔会陆续为大家带来科技小文章的，敬请期待！