一次无意的改良,让人类社会进入工业文明

2017年11月07日 07:09历史风云派 责任编辑:青兰

 

  人类的科技文明发展到现在,科学家将其归纳为三个阶段的工业革命。第一次工业革命是以蒸汽机作为动力机械被广泛使用为标志的,其代表人物就是瓦特。一些细心的人会注意到瓦特并没有发明蒸汽机,而是改良了蒸汽机。

  单凭瓦特的改良就把最初的发明者掩盖掉了,从侧面说明初始的蒸汽机有多么的糟糕,那么蒸汽机诞生的过程有多么曲折呢?

  一、采矿需要

  “人和动物的根本区别在于人能够使用工具。”这是哲学家的定义。早期的人类开始尝试用石头或骨头作为工具和武器。但这种玩意大自然遍地都是,所以那时候打仗几乎没有什么成本,只要人够多就可以了。

  经过无数年的较量,人类偶然发现了铜。铜不仅迅速成为社会的主要资源,而且还催生了早期的采矿业和金属加工业。人类继而进入到铁器时代、火器时代,随着火炮的大规模应用,钢成为各国最重要的军事物资。

  在那个时候,钢铁生产多少都是不够用的。因为大炮生产需要钢铁,堡垒加固也需要钢铁,西方正处于对外扩张的时期,需要大量的军事资源。英国甚至有过规定:全国生产的钢铁二分之一必须用于军事建设。

  可是钢不是采出来的,是冶炼出来的,那么就需要源源不断的铁矿石。由于社会对铁的需求持续增长,为了收益,铁矿只能越挖越深。

  挖着挖着,地下水就被挖出来了,这样矿井只能废弃掉。为了保住矿井,就必须抽水,想要抽水,就需要水泵。水泵终于让一些人开了窍。

  1654年,德国人奥托·格里克依靠水泵的原理造出了真空泵。它的工作原理就是一个有活塞的圆柱体,活塞由底部烧开的水产生蒸汽进行推动。水被冷却后,活塞被它下边的真空拉动,折返并缩回原位。

 

  这个真空泵配合滑轮可以用以提升重物,更快地将矿中水提取上来。后经英国人汤马斯·塞弗里的改进大规模应用到铁矿采集上,被人们称之为“矿工之友”。

  不过结果显而易见,“矿工之友”只是解决了早起的蒸汽机械问题,但完全没有达到改变世界的程度。

  二、纽科曼的改良者

  英国的五金商人纽科曼对机械非常爱好,他和一个名叫约翰·加利的管道工一起改良“矿工之友”。1705年前后,两人建造了一台巨大的蒸汽驱动的机器。

  与之前的蒸汽真空泵不同的是,圆柱的顶部密封着一层冷水,蒸汽从一个巨大的泵房穿过导入圆柱体,顶部会喷出一股冷水,活塞即可上下运动。活塞连接着一个拉杆,这样可以将矿井里溢出的水抽取上来,还可以送入新鲜的空气。

  有些中小学教材上说:瓦特通过观察开水壶的蒸汽,继而发明了蒸汽机。这个故事比苹果砸中牛顿继而发现万能引力的故事还要荒谬。

  牛顿好歹还有多年的物理知识做功底,而瓦特出生时蒸汽机早就应用到采矿业了,完全不用其小时候费尽心思地琢磨蒸汽是如何工作的。

  在1763年的时候,英国斯塔福德郡的一架纽科曼式蒸汽机坏掉了,有人托瓦特去修理一下。当时的瓦特完全没有把蒸汽机放在眼里,27岁的他时任格拉斯哥大学的机械设备养护负责人,修理蒸汽机只是帮忙而已。

  当他拆开纽科曼式蒸汽机时,瓦特当即发现这套设备的生产效率实在是太低下了,运行速度缓慢到令人发指。有过数年维修机械经验的他当时设想,如果让蒸汽在圆柱体旁边的汽室里冷凝,效率一定会更高。

  于是瓦特在纽科曼式蒸汽机的基础上,加了一个分体式汽室,以便冷却蒸汽;同时就是将圆柱体内的活塞重新制造,因为之前那个不是那么严丝合缝。不久,世界上第一台庞大、能够有效应用的蒸汽机,经过瓦特的改良诞生了。

 

  纽科曼的杰作经过巧手改装之后爆发了巨大威力,威力之大可以拉动火车,足见最初设计的功底。可惜但凡全世界上过学的孩子都知道瓦特的大名,极少有人再注意纽科曼这个名字。

  三、进入工业文明

  然而瓦特真正的幸运并不是这次改良,他与外国武器制造商的一次相遇终于将自己推上了历史的巅峰。

  欧洲在18世纪之前制造火炮都是将铁进行翻砂处理,然后倒入模具成型。可是这种加工出来的炮筒不尽如人意,经常发生灾难性的炮筒爆炸。

  苏格兰王詹姆斯二世就是因为炮身爆炸而身亡。甚至到了1844年,美国国务卿在战舰参观时,也因火炮自爆而身亡。那个时候炮兵是西方死亡率最高的兵种。

  终于之前的铸炮方式被瑞士的吉恩·马里兹火炮工程师推翻,他认为应该将火炮铸造成实心圆柱,通过钻孔的方式将炮筒打通。现代火炮的生产方式正是应用了马里兹的理念。然而遗憾的是,当时并没有钻孔机来满足马里兹的设想。

  到了1773年,法国军队赶上了“幸运年”,军中火炮成批量的自爆,为此军事高层专门成立了委员会来调查爆炸事故,用以改善设计,提高火炮的可靠性。接到任务的马钱特·德拉霍利埃尔结合马里兹理论,自己开发出一套通过导轨移动,精度非常高的钻孔机。

  钻孔机发明的当年,德拉霍利埃尔跑到英国去寻求合作。当时瓦特正为大规模生产严丝合缝的活塞、圆筒而发愁。于是二者一拍即合,经过几年的努力,瓦特造出第一台往复式蒸汽机,将人类社会带入工业文明。

 

  只可惜在瓦特的光环之下,格里克、纽科曼、德拉霍利埃尔等人都埋藏在史料的角落之中……

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