瓦特蒸汽机的创造（二）

　　布莱克教授在当时最著名的发现是“潜热”理论，而对瓦特思想难题最大的理论启发，也正是来自潜热理论。

　　布莱克教授的“潜热理论”指出：当物质从一种状态转到另一种状态的过程中，需要吸收或放出热量。比如说，当100 ℃水转变为100℃的蒸汽，虽然同是100℃的温度，但100℃ 的火必需再吸收足够的热量才能转变为100℃的蒸汽，而当100℃的蒸汽重新冷凝为100℃的水时，又需要将在汽化时所吸收的热重新释放出去，为了使蒸汽放热就需要在汽缸外面浇泼很多的冷水。

　　水变成蒸汽所需吸收的热和蒸汽冷凝所需释放的热，都被称做“潜热”。

　　布莱克和瓦特讨论了纽科门蒸汽机费燃料多而作功少的问题，认为用潜热的理论可以找出根本的原因。

　　瓦特很同意布莱克的见解，他从布莱克那儿出来，自己设计了一个较小的实验装置来检测，不久他去告诉布莱克，说他通过实验测量到，将开水变成水蒸汽所需的热为825（热度），这个实验结果和布莱克教授测出来的开水变成水蒸汽所需的热为810（热度）十分接近。

　　瓦特从布莱克的“潜热”理论中获得了启发：纽科门蒸汽机的要害就在那蒸汽缸上面。它的汽缸既容纳从锅炉里喷出来的蒸汽，然而，当蒸汽注满以后，又要立即喷上冷水，使蒸汽冷凝才能产生真空利用气压的压差去推动杠杆。这样，汽缸一会儿需要加热到充满蒸汽的程度，一会儿又要浇凉到使蒸汽完全冷凝的程度，更何况将浇开的水加热成水蒸汽，还需要相当多的“潜热”，那当然得多烧很多的煤啦！再说，这样用冷水去浇汽缸而使蒸汽冷凝的方法，所得到的冷凝效果也是不充分的，原来那没有产生做功作用而白白烧掉的四分之三的煤，都消耗在既作为汽缸，又完成冷凝功能，一物两用的汽缸兼冷凝器上面啦！科学和科学家一旦进入蒸汽机的领域，果然使瓦特的认识得到了飞跃的突破：他需要解决的关键问题，原来是潜热消耗太多的矛盾，他需要的是循着这个思路，去找到解决这一矛盾的具体方法。

　　有什么办法能解决这个矛盾呢？这个问题日夜萦绕在瓦特的脑际。1763的5 月的一个星期天的早晨，瓦特在格拉斯哥大学的草坪上散步，他突然冒出来了一个极为简单明了的想法——将汽缸里的蒸汽送到另外一个容器里去单独冷凝，不是同样可以达到既获得了可以做功的真空，又保持着汽缸里的温度不致下降，以致需要反复加煤使它不断增温吗？这样不就可以大大提高热的利用效率，节省大量燃料的消耗了吗？

　　瓦特的这一发明思维的产生，用他自己的话来表述就是：为了避免任何无益的冷凝，蒸汽对活塞发生作用的那个汽缸，必保持着经常和蒸汽本身一样热⋯ .。为了获得必要的空隙，冷凝必须发生在一个单独的容器里，这里的温度按照需要降到足够低的程度，而汽缸的温度却不受到影响⋯ .这就是瓦特最早提出单设一个冷凝器，使它与汽缸分离的方案，也是他杰出的发明，甚至认为是一项划时代的发明，至于产生这一发明思维的过程，后来瓦特自己回忆说：在一个晴朗的礼拜日的下午，我出去散步。从察罗托街尽头的城门来到一块草地，走过旧洗衣店。那时我正在考虑蒸汽机事情。然后来到了牧人的茅舍。这时我突然想到——因为蒸汽是具有弹性的物质，所以能够冲进真空中。如果把汽缸和排汽容器相连接的话，那么蒸汽猛然冲入容器里，就可以在不使汽缸冷却的情况下，仅让蒸汽在那个容器中冷凝了吧！⋯ .当这些在我的头脑中考虑到成熟的时候，我还没有走到高尔夫球场。

　　可见，发明的灵感（现在也有人把它称做“顿悟”）在经过一段艰苦的冥思苦想、反复琢磨之后，确实会在某种轻松的状态下，突然间脱颖而出呢！随着第一项的改进，很快促使瓦特完成他的第二项重大改进。那就是，瓦特很快发现，那始终保持着同蒸汽一样热的汽缸，里面蕴藏着具有极大动力的蒸汽，而且它产生的蒸汽将不是断断续续，而是可以一直连续不断的。

　　瓦特认识到，“为了不必用水来防止活塞漏汽，为了在活塞下去时防止空气冷却汽缸，那就必须使用蒸汽的张力作为动力，而不仅只是使用气压作为动力”。

　　瓦特说，“在某些情况下，我打算使用蒸汽的膨胀力（张力），它和现在一般的蒸汽机是通过气压去推动活塞做功的原理相同。这样，即使是在不可能获得足够数量的冷水时进行冷凝的条件下，蒸汽机也仍旧可以完成它的工作。”

　　经过这样一番改进，蒸汽不再仅仅是作为一种辅助的手段被加以利用，它本身就成了一种产生运动的积极力量——蒸汽真正成为推动机器的动力，纽科门蒸汽机变成为名符其实的蒸汽机。