推动整个世界的发明
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.
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糸统的比较分析.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糸统,成为产业近代化的核心.
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”.
法拉第于1821年提出“由磁产生电”的大胆设想,并开始了艰苦的探索.1821年9月他发现通电的导线能绕磁铁旋转以及磁体绕载流导体的运动,第一次实现了电磁运动向机械运动的转换,从而建立了电动机的实验室模型.接着经过无数次实验的失败,终于在1831年发现了电磁感应定律.这一划时代的伟大发现,使人类掌握了电磁运动相互转变以及机械能和电能相互转变的方法,成为现代发电机、电动机、变压器技术的基础.从而促使人类向“电气时代”靠拢
