簡 介——詹姆斯·瓦特是英國著名的發明家，是工業革命時期的重要人物。英國皇家學會會員和法蘭西科學院外籍院士。他對當時已出現的蒸汽機原始雛形作了一係列的重大改進，發明了單缸單動式和單缸雙動式蒸汽機，提高了蒸汽機的熱效率和運行可靠性，對當時社會生產力的發展做出了傑出貢獻。他改良了蒸汽機、發明了氣壓表、汽動錘。後人為了紀念他，將製中功率和輻射通量的計量單位稱為瓦特，常用符號“w”表示。在瓦特的訃告中。人們對他發明的蒸汽機有這樣的讚頌：“它武裝了人類，使虛弱無力的雙手變得力大無窮，健全了人類的大腦以處理一切難題。它為機械動力在未來創造奇跡打下了堅實的基礎，將有助並報償後代的勞動。”

水壺啟示——隨著智育的發展，瓦特對客觀存在的一些事物都發生了濃厚的興趣，產生了好奇和鑽研之心。這為他以後發明蒸汽機打下了良好的基礎。在瓦特的故鄉的小鎮子上，家家戶戶都是生火燒水做飯。對這種司空見慣的事，有誰留過心呢?瓦特就留了心。他在廚房裏看祖母做飯，灶上坐著一壺開水。開水在沸騰，壺蓋啪啪啪地作響，不停地往上跳動。瓦特觀察好半天，感到很奇怪，猜不透這是什麽緣故，就問祖母說：“什麽玩意使壺蓋跳動呢?”祖母回答說：“水開了，就這樣。”瓦特沒有滿足，又追問： “為什麽水開了壺蓋就跳動?是什麽東西推動它嗎?”可能是祖母太忙了，沒有功夫答對他，便不耐煩地說：“不知道。小孩子刨根問底地問這些有什麽意思呢?”瓦特在他祖母那裏不但沒有找到答案，反而受到了冤枉的批評，心裏很不舒服，可他並不灰心。連續幾天，每當做飯時，他就蹲在火爐旁邊細心地觀察著。起初，壺蓋很安穩，隔了一會兒，水要開了，發出嘩嘩的響聲。驀地，壺裏的水蒸氣冒出來，推動壺蓋跳動了。蒸汽不住地往上冒，壺蓋也不停地跳動著，好像裏邊藏著個魔術師，在變戲法似的。瓦特高興了，幾乎叫出聲來。他把壺蓋揭開蓋上，蓋上又揭開，反複驗證。他還把杯子、調羹遮在水蒸氣噴出的地方。瓦特終於弄清楚了，是水蒸氣推動壺蓋跳動，這水蒸氣的力量還真不小呢。就在瓦特興高采烈的時候，祖母又開腔了：“你這孩子，不知好歹，水壺有什麽好玩的，快給我走開!”他的祖母過於急躁和主觀了，這隨隨便便不放在心上的話，險些挫傷了瓦特的自尊心和探求科學知識的積極性。年邁的老人啊，根本不理解瓦特的心，不知“水蒸氣”對瓦特有多麽大的啟示!水蒸氣推動壺蓋跳動的物理現象，不正是瓦特發明蒸汽機的認識源泉嗎?

瓦特對蒸汽機的最初設想——1764年，學校請瓦特修理一台紐可門式蒸汽機，在修理的過程中，瓦特熟悉了蒸汽機的構造和原理，並且發現了這種蒸汽機的兩大缺點：活塞動作不連續而且慢；蒸汽利用率低，浪費原料。以後，瓦特開始思考改進的辦法。直到1765年的春天，在一次散步時，瓦特想到，既然紐可門蒸汽機的熱效率低是蒸汽在缸內冷凝造成的，那麽為什麽不能讓蒸汽在缸外冷凝呢?瓦特產生了采用分離冷凝器的最初設想。在產生這種設想以後，瓦特在同年設計了一種帶有分離冷凝器的蒸汽機。按照設計，冷凝器與汽缸之間有一個調節閥門相連，使他們既能連通又能分開。這樣，既能把做工後的蒸汽引入汽缸外的冷凝器，又可以使汽缸內產生同樣的真空，避免了汽缸在一冷一熱過程中熱量的消耗。據瓦特理論計算，這種新的蒸汽機的熱效率將是紐可門蒸汽機的三倍。從理論上說，瓦特的這種帶有分離器冷凝器的蒸汽機顯然優於紐可門蒸汽機。但是，要把理論上的東西變為實際上的東西，把圖紙上的蒸汽機變為實在的蒸汽機，還要走很長的路。瓦特辛辛苦苦造出了幾台蒸汽機，但效果反而不如紐可門蒸汽機好，甚至還四處漏氣，無法開動。盡管耗資巨大的試驗使他債台高築，但他沒有在困難麵前停步，繼續進行試驗。當布萊克知道瓦特的奮鬥目標和困難處境時，他把瓦特介紹給了自己一個十分富有的朋友——化工技師羅巴克。當時羅巴克是一個十分富有的企業家，他在蘇格蘭的卡隆開辦了第一座規模較大的煉鐵廠。雖然當時羅巴克已近50歲，但對科學技術的新發明仍然傾注著極大的熱情。他對當時隻有三十來歲的瓦特的新裝置很是讚許，當即與瓦特簽訂合同，讚助瓦特進行新式蒸汽機的試製。從1766年開始，在三年多的時間裏，瓦特克服了在材料和工藝等各方麵的困難，終於在1769年製出了第一台樣機。同年，瓦特因發明冷凝器而獲得他在革新紐可門蒸汽機的過程中的第一項專利。第一台帶有冷凝器的蒸汽機雖然試製成功了，但它同紐可門蒸汽機相比，除了熱效率有顯著提高外，在作為動力機來帶動其他工作機的性能方麵仍未取得實質性進展。就是說，瓦特的這種蒸汽機還是無法作為真正的動力機。

改進曆程——自1769年試製出帶有分離冷凝器的蒸汽機樣機之後，瓦特就已看出熱效率低已不是他的蒸汽機的主要弊病，而活塞隻能作往返的直線運動才是它的根本局限。1781年，瓦特仍然在參加圓月學社的活動。也許在聚會中會員們提到天文學家赫舍爾在當年發現的天王星以及由此引出的行星繞日的圓周運動啟發了他，也許是鍾表中的齒輪的圓周運動啟發了他。他想到了把活塞往返直線運動變為旋轉的圓周運動就可以使動力傳給任何工作機。同年，他研製出了一套被稱為“太陽和行星”的齒輪聯動裝置，終於把活塞的往返直線運動轉變為齒輪的旋轉運動。為了使輪軸的旋軸增加慣性，從而使圓周運動更加均勻，瓦特還在輪軸上加裝了一個火飛輪。由於對傳統機構的這一重大革新，瓦特的這種蒸汽機才真正成為了能帶動一切工作的動力機。1781年底，瓦特以發明帶有齒輪和拉杆的機械聯動裝置獲得第二個專利。由於這種蒸汽機加上了輪軸和飛輪，這時的蒸汽機在把活塞的往返直線運動轉變為輪軸的旋轉運動時，多消耗了不少能量。這樣，蒸汽機的效率不是很高，動力不是很大。為了進一步提高蒸汽機的效率，瓦特在發明齒輪聯動裝置之後，對汽缸本身進行了研究。他發現，雖然把紐可門蒸汽機的內部冷凝變成了外部冷凝，使蒸汽機的熱效率有了顯著提高，但他的蒸汽機中蒸汽推動活塞的衝程工藝與紐可門蒸汽機沒有不同。兩者的蒸汽都是單項運動，從一端進入，另一端出來。他想，如果讓蒸汽能夠從兩端進入和排出，就可以讓蒸汽既能推動活塞向上運動又能推動活塞向下運動。那麽，他的效率就可以提高一倍。1782年，瓦特根據這一設想，試製出了一種帶有雙向裝置的新汽缸。由此瓦特獲得了他的第三項專利。把原來的單項汽缸裝置改裝成雙向汽缸，並首次把引入汽缸的蒸汽由低壓蒸汽變為高壓蒸汽，這是瓦特在改進紐可門蒸汽機的過程中的第三次飛躍。通過這三次技術飛躍，紐可門蒸汽機完全演變成了瓦特蒸汽機。從最初接觸蒸汽技術到瓦特蒸汽機研製成功，瓦特走過了二十多年的艱難曆程。瓦特雖然多次受挫、屢遭失敗，但他仍然堅持不懈、百折不回，終於完成了對紐可門蒸汽機的三次革新，使蒸汽機得到了更廣泛的應用，成為改造世界的動力。1784年，瓦特以帶有飛輪、齒輪聯動裝置和雙向裝置的高壓蒸汽機的綜合組裝取得了他在革新紐可門蒸汽機過程中的第四項專利。1788年，瓦特發明了離心調速器和節氣閥；1790年，他又發明了汽缸示工器，至此瓦特完成了蒸汽機發明的全過程。