由于瓦特的身體贏弱，沒有系統(tǒng)地上過小學(xué)，21歲時(shí)他來到格拉斯哥大學(xué)開設(shè)了一間小修理店，專門負(fù)責(zé)修理和制作儀器。

1763年，他修理一臺(tái)紐卡曼蒸汽機(jī)時(shí)，發(fā)現(xiàn)了它工作的奧秘：它先把熱蒸汽引入氣缸，然后關(guān)閉閥門，再用冷水沖氣缸，由于熱蒸汽驟然冷卻，造成氣缸真空，活塞隨之壓入，驅(qū)動(dòng)水泵提水。等機(jī)器充分冷卻之后，再重新充入熱蒸汽，推下活塞，繼續(xù)下一輪工作。

瓦特反復(fù)研究發(fā)現(xiàn)，雖然它的構(gòu)思非常巧妙，但大有值得改進(jìn)之處。首先是活塞的運(yùn)動(dòng)太慢，工作也不連續(xù)，由于不斷地沖水、放氣，大約有80%的熱蒸汽散失，使蒸汽的利用率太低，浪費(fèi)了燃煤。

于是，在改進(jìn)蒸汽機(jī)上瓦特動(dòng)上了腦筋。

他首先把冷凝器與氣缸分割成兩個(gè)部分，使氣缸不必噴入冷水冷卻，也不必再等待冷卻的時(shí)間，從而節(jié)省了能量，還可以連續(xù)地運(yùn)轉(zhuǎn)。接著，他又改進(jìn)了氣缸的結(jié)構(gòu)，為了減少了蒸汽的損失，他發(fā)明了雙向氣缸，活塞在氣缸中間，隨著蒸汽從氣缸的兩端進(jìn)出，活塞做著雙向往復(fù)運(yùn)動(dòng)。

此外，為了使活塞連續(xù)運(yùn)行，他又成功設(shè)計(jì)行星式曲柄齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)和惰性輪，把活塞桿的上下直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為圓周運(yùn)動(dòng)。

經(jīng)過這一系列改進(jìn)之后，與原來的紐卡曼蒸汽機(jī)相比，瓦特把蒸汽機(jī)的效率一下子提高到原來的5倍。

瓦特與他發(fā)明的蒸汽機(jī) | 來源：網(wǎng)絡(luò)

本文轉(zhuǎn)載于《科學(xué)歷2018科學(xué)史上的今天》，由科學(xué)π工作室編著，清華大學(xué)出版社出版。