蒸氣之父－瓦特

蒸氣之父－瓦特(1736~1819)（JamesWatt）班級：五年級資優班作者：林庭揚座號：5-2指導老師：林美嬌老師蒸氣之父－瓦特壹、研究動機我看見火車動的時候，就想到是誰建造了蒸氣火車，我又聽過他，想要多了解他，也想知道他奮鬥過程和以候的生平故事，也想學習他的研究態度，和成功的原因，上網查資料，進行研究。貳、研究目的一、探討瓦特為什麼發明蒸氣二、探討瓦特如何克服大學時的困難三、了解瓦特為人處世的態度參、研究内容一、生平（一）瓦特發明蒸氣機的動機吃晚飯的時候，叔母就對著瓦特嘮叨：「喂！瓦特，你怎麼那樣頑皮？快來吃飯吧！像你這種連飯都懶得吃的懶人，還真少見呀！」瓦特這孩子也真奇怪，當他在叔母家玩耍時，看見茶壺蓋被水蒸汽掀得「噗噗」響時，一時看得忘神，直用湯匙去撥茶壺蓋，注意它的跳動，看了半個小時，連飯都顧不得吃，難怪叔母會這麼說。一言不發，只顧撥弄茶壺蓋的瓦特，在叔母眼裡看來，真的就像她口中所說的頑皮孩子。但是，「茶壺的蒸汽真奇怪」這個意念，卻促使瓦特日後發明了蒸汽機呢！（二）瓦特的求學時期1736年1月19日，出生於英國蘇格蘭的格利諾克鎮，他的父親是位木匠，製造船舶和航海用具，算是富裕而有聲望的人。瓦特瓦特小時候不喜歡上學，卻很喜歡讀書，對數學更加喜好從小就有手藝天分在店裡，玩弄儀器，還用父親的工具製造模型。十七歲時，母親去世了，同一時期，父親所有船沉沒了。生意也不順利，家境一下子變得很困苦，導致瓦特必須自食其力，身體孱弱的他，出賣勞力，他不能勝任；做生意，不合他的個性；怎麼辦呢？他考慮很久後，決定：我喜歡製造和修理儀器，技術也不錯，就從事數學或科學實驗及研究儀器工作吧！他到母親的故鄉—格拉斯哥城，希望學習技術。雖然在這裡，他並沒有學到什麼，但是透過親戚的介紹，他認識了許多格拉斯哥大學的教授，瓦特經過種種努力，終於能在倫敦的一位機械師—強生‧摩根的師傅家裡做學徒。為了使自己的技術純熟，每天都辛勤工作，忙到深夜還沒休息。所以一般人花三、四年才能學好的技術，他一年就全學會了。（三）瓦特的求職時期學成後，瓦特打算回到格拉斯哥開一家科學器具店，但卻受到當地機械職業工會的抗議，當時的職業都有同業公會的組織，限定非會員的營業，以保障會員的利益，瓦特既非會員、又不是本地人，當然是開不成業了。所幸因為他的工作態度認真，受到格拉斯哥大學的迪克教授賞識，特別委託他修理大學裡的天文學機械。於是，經過教會的同意，他就分配到格拉斯哥大學內的一個房間，獲准開設自己的店鋪。由於他技藝超群、工作績效優良，引起學校的教授和學生們注意。常有人會來他店裡參觀，漸漸地，瓦特的店鋪如同沙龍一樣，成為研究科學的學者專家和學生們的聚會場所，大家互相交換心得或研究討論，而瓦特也在這種研究風氣之下，懂得更多的科學知識。（四）火中的發現有一天，瓦特照常待在實驗室裡，專心地思考著。突然，隔壁人家突然失火了，一時之間，只聽到「失火了！」「救火呀！」「快拿水來！」的聲音此起彼落，人們已陷入慌亂之中。火燒得很旺，同時又刮起了風，更加強了火勢，使得那一帶的房子成了一片火海。這時，消防車趕來了，消防隊員就像上戰場一樣，勇敢地上前撲火，而鄰近的人家都紛紛趕著逃命。可是，唯有瓦特的家裡不見有人出來，雖然這時火舌已吐到他家的屋頂上。一位警官覺得不對勁，便衝進屋裡，只見瓦特一個人在裡面，揮著筆，自言自語著：「蒸汽是水的變形，水就是蒸汽的變形。」警官慌忙大喊著：「喂！快逃呀！再不逃，等屋頂塌下來，你就沒命啦！」但是，瓦特並沒有站起來，只是一再重覆著前面那句話，手裡不慌不忙地收拾一些器具。「快逃呀！」警官慌忙的喊著。這時，隔壁的樑柱塌下來了，「轟」地一聲，人都向四面逃散了。消防隊發現這裡的火勢已經很難控制，只好跑到前面，先撲滅一些較小的火，以便控制火勢。瓦特好像沒有覺察身邊的危險一樣，慢慢地走向後門，把身體往庭柱一靠，嘴裡仍在喃喃自語。突然，一聲可怕的聲響，是瓦特家裡的樑柱掉下來，剎那間，一股黑焉捲起，熊熊的火燄，向四面八方撲來。瓦特仍然呆立著。消防隊員遺棄的一條水管裡，有一股很強的白氣迸發出來，把旁邊的火燄吹散了。水管的口，離開幫浦已有七、八丈之遠。瓦特看到這種情形恍然大悟地拍了一下大腿，說：「對了！就是這樣，就是這樣！」他高興地跳了起來，大聲說著：「水管被火燒熱了，蒸汽就從管口衝出來了！」（五）瓦特的努力過程在這段時期，他認識了二氧化碳的發現者，也是熱學研究的權威─約瑟夫‧布拉克教授，和研究生約翰‧魯賓遜等人，這些人後來都成為瓦特的知己，不斷提供瓦特研發蒸氣機所需的原理，一直鼓勵和援助他，有這些人的協助，才有日後蒸氣機的改良。1763年底，瓦特接受格拉斯哥大學的委託，修理一台紐科門式蒸氣機的模型，從此開啟瓦特改良蒸氣機的研究之路。紐科門式蒸汽機最大的缺點就是：活塞轉動一次的時間太久、而且耗費太多的燃料。1765年初春的一天，瓦特靈機一動在氣筒外另作一個凝結器，把氣筒裡的蒸氣引入凝結器中加以冷卻，這樣既可以防止蒸汽的浪費，又同時解決燃料耗費和活塞轉動時間的問題。經過一次又一次的實驗，瓦特改良這個模型蒸氣機終於成功的運轉。接下來的工作就是要作一台真實的蒸氣機了。但是製作模型和真實的蒸氣機製造畢竟有一段差距。擺在眼前的問題是：當時的接縫材料有限，導致蒸汽大量地從縫隙中跑出去，機器的效能很差。第二個問題就是經費。瓦特在實驗期間，必須一試再試，於是，額外地增加許多開銷，做到最後，他的錢快要花完了。迫不得已，只有找布拉克教授商量。教授很慷慨地借給他一千二百英鎊，並且介紹一位曾是他的學生的實業家─羅伯克先生。羅伯克自己也經營過礦場，對於瓦特蒸氣機的研究極有興趣，便答應出資協助研究。可惜在羅伯克的工廠，因為製作技術不良，機器作出來並不理想，這時恰好英國發生了全國性的經濟不景氣，有很多家公司倒閉，羅伯克的公司也受波及，到了山窮水盡的地步，無法再援助瓦特的蒸汽機製造工作，最後只好終止合作關係。為了實驗以及生活下去，瓦特只好當運河工程測量員。從瓦特研究蒸氣機到這時候，已經花了將近十年的光陰。（六）瓦特成功了瓦特真的要放棄研究蒸氣機，從此當測量員嗎？雖有悲觀的想法，但仍舊抱持著一絲希望，在空餘思考如何改善蒸氣機。果然機會又再次眷顧瓦特，在伯明罕的大實業家—蒲爾頓，是個有遠見的生意人，他知道瓦特是個有智慧的科學發明者，蒸氣機必將成功。他便接手所有羅伯克工廠的儀器材料，並出資與瓦特合作，由他負責資金和行銷，瓦特負責研發，成立「瓦特公司」。瓦特不斷的改良，加上工廠的技術更加完備，新的蒸氣機完工再度試驗時，鍋爐裡冒出期待已久的蒸氣，引擎運轉極為順利，實驗完全成功。機器上市後，消息傳遍英國，訂單像雪片般飛來。蒲爾頓不愧是優秀的實業家，順勢立即決定製造個大型蒸氣機，並公開實驗，以營造瓦特蒸氣機的聲勢。1776年3月8日，礦場業者、科學家、社會名流紛紛應邀前來參觀，特大號的蒸氣機在眾目睽睽之下，發揮無比的威力，從此瓦特的名聲傳遍世界。接下來幾年，瓦特不斷改良他的蒸氣機，同時教導礦區的工人使用蒸氣機的動力抽水；蒲爾頓全力將蒸氣機推向世界各地，兩人的合作可以說是具有互補式的完美組合。為了讓紡織業等其他工業也可以運用蒸氣機，瓦特接受蒲爾頓的建議，開始研究旋轉式蒸氣機（原蒸氣機是往復式直線運動），另外瓦特還大動腦筋，把以前那種只在汽筒內的活塞一邊放進蒸汽來發動活塞的方法，改成兩邊輪流輸放蒸汽，使蒸汽的力量能夠應用於活塞的來回轉動，這種情形的機器就叫複動機。1782年，瓦特獲得了回轉式和複動機的專利權。1788年，瓦特又發明了遠心調速的自動速度調節裝置。這是蒸汽機轉動得太快的時候，可減少汽筒的蒸汽量降低速度；相反地，轉動速度慢了。它也會促使蒸汽機提高速度，也就是自動地保持蒸汽機的轉動在一定的速度上，這種裝置等於今日工業自動化的先驅。除了發明蒸氣機外，瓦特還發明一種透印版的印刷，用來複印他工作上的大量圖紙、文件；瓦特也是第一位在機械製圖上採用圖紙著色，用色彩來代表不同的部位或不同用途的材料，這個方法一直沿用至今。1785年，由於蒸氣機和其他的發明的重大成就，瓦特被選為倫敦皇家學院的會員。瓦特成功了，既是大老闆又是舉世聞名的科學。（七）瓦特的老年時期他往後的沒有在科學技術上做出更多的貢獻，反而用他的身份，壓制其他蒸氣機的發明。瓦特曾經反對推廣霍恩布魯渥發明的雙筒蒸汽機，又壓制特列維蒂克發明的高壓蒸汽機。這些事讓使他在人格上蒙上一層陰影。（八）世人對瓦特的讚譽無論如何，瓦特的發明和改良，讓蒸氣機用於各種工業用途，產生穩定、大量而有效率的動力來源，帶動整個歐洲的工業革命，改變人類歷史，讓人類脫離對於水、風等自然力的依賴。1819年秋天，瓦特以83歲的高齡，離開人世，世人對瓦特蒸氣機有一段讚譽：「它將人類孱弱的手武裝起來以一種不可限制的力量，完成對事物的控制，並為未來機械力的奇蹟奠定了基石。」二、年表1736年：1月19日，瓦特出生於英國蘇格蘭的格利諾克鎮1752年：瓦特母親過世1756年：回到格利諾的老家，打算創一番事業1763年：瓦特接受格拉斯哥大學的委託，修理一台紐科門式蒸氣機的模型。1765年：瓦特改良蒸氣機模型，使模型成功的運轉。1782年：瓦特獲得了回轉式和複動機的專利權。1785年：因為蒸氣機和其他的發明的重大成就，瓦特被選為倫敦皇家學院的會員。被譽為「蒸汽大王」。1788年；瓦特發明了遠心調速的蒸汽機自動速度調節裝置。1819年：瓦特以83歲的高齡，悄然離開人世。肆、成功原因瓦特雖然因蒸汽機製作失敗而有了悲觀的想法，但他並沒有因這樣而放棄，他不惜犧牲十幾年的時間與精神，製做了第一部蒸氣機，大實業家浦爾頓並順勢讓瓦特作一部大型蒸汽機，使瓦特的名聲傳遍英國。他不會因為某件事而改變他的決心，例如火災時，他沒有趕快逃出來，依然專注於研究蒸氣，直到火舌撲向他，才收拾儀器往外跑，所以作勢要專心，不要因其他事而分心。伍、結論對人類的貢獻1.發明直線式蒸汽機，教導工人用蒸氣機抽水。2.發明旋轉式蒸汽機，使工業和紡織業也能應用。3.發明蒸汽機使人類脫離風、水等。4.發明透印版的印刷，用來複印工作上的大量圖紙、文件，不用在刻印章。陸、心得我覺得失敗不要氣餒、悲觀的想法，只要再努力，還