6.蒸汽机
奇迹概览
蒸汽机是一种把蒸汽的能量转换为机械功的往复式动力机械。蒸汽机的出现，曾引起了18世纪的工业革命。直到20世纪初，它依然是世界上最为重要的原动机。后来，它才渐渐地被让位于内燃机和汽轮机等。可以说，蒸汽机是工业革命的领头羊，恩格斯在《自然辩证法》中对蒸汽机这样评论道：“没有蒸汽机的出现，就没有人类近代工业文明。”由此可见，蒸汽机的发明对人类所做出的巨大贡献。
⊙奇迹探秘：
1.蒸汽机的发明者是谁？是在什么时间发明的？
很多人认为，瓦特是蒸汽机的发明者，其实并非如此。他只是对当时已经出现的蒸汽机做了一系列的重大改进，发明了单缸动式和双缸动式蒸汽机，大大提高了蒸汽机的热效率和运行的可靠性，对当时的社会生产力的发展做出了重大贡献。
詹姆斯·瓦特（1736-1819），英国著名发明家、工业革命时期的重要人物、英国皇家学会会员、法兰西科学院外籍院士。他出生于英国格拉斯哥的一个商人家庭。童年时代，他曾在文法学校读过书，但他没有受过系统的教育。在父亲做工的工厂里，他学到了很多机械制造方面的知识。后来，他到了伦敦一家钟表店做学徒。1763年，他到格拉斯大学工作，修理教学仪器。在大学里，他经常与教授讨论理论和技术问题。1765年，29岁的瓦特发明了带有单独冷凝器的蒸汽机，从此拉开了第一次工业革命的序幕。1781年，他制造了从两边推动活塞的双动蒸汽机。1785年，他因改进蒸汽机的重大贡献被选为皇家学会会员。1819年8月25日，他在靠近伯明翰的希斯菲德逝世。在他的讣告中有对他发明蒸汽机的赞颂：“它武装了人类，使虚弱无力的双手变得力大无穷，健全了人类的大脑以处理一切难题。它为机械动力在未来创造奇迹打下了坚实的基础，将有助并报偿后代的劳动。”
2.国际单位中，功率与电功率的单位是什么？为什么？
国际单位制的功率和电功率的单位都是瓦特，符号为W。1瓦特＝1焦耳/秒，也就是每秒钟转换、使用或耗散的能量（以焦耳为量度单位）的速率。在日常生活中，常以千瓦为单位，1千瓦＝1000瓦特。这一单位是纪念詹姆斯·瓦特对蒸汽机的发展做出的重大贡献而以他的名字（James Watt）命名的。
走近奇迹
蒸汽机的发明，点燃了第一次“工业革命”的导火线。它的出现，可以说是历史的必然。
16世纪末至17世纪的后期，英国的采矿业，特别是煤矿，已发展到了相当大的规模。所以，仅仅靠人力和畜力已经很难再满足排出矿井地下水的要求了，而矿井的周围又有非常丰富而价廉的煤作为燃料。因为现实的需要，很多人开始致力于“以火力提水”的研究。
1690年，一位名叫巴比的法国人首先发明了第一台活塞式蒸汽机，但这台蒸汽机并没有实用价值。1698年，英国的一位名为塞莱斯的技师发明了实用的无活塞式蒸汽机。这种机器在矿井中得到了广泛的应用，还被称为“矿山之友”，而且还获得了专利。它依靠真空的吸力吸水，吸水的深度不能超过6米。为了把几十米深的矿井里的水吸上来，必须要把提水机装在矿井的深处，用比较高的蒸汽压力才能把水压到地面上来，这在当时是困难而又危险的。另外，因为受当时材料和技术的限制，没有办法大范围地推广这种蒸汽机。
1712年，一位名叫纽科门的毫无名气的铁器商发明了第一台实用的蒸汽机。这种蒸汽机先是在英国，后来在欧洲得到迅速推广，其改型产品直到19世纪初还在制造。但是，这种蒸汽机的热效率很低，主要是因为蒸汽进入汽缸时，在刚被水冷却过的汽缸壁上冷凝而损失掉很多热量，所以，它只在煤价低廉的产煤区推广。
1764年，当时还是一名仪器修理工的詹姆斯·瓦特在为格拉斯哥大学修理纽科门蒸汽机模型时，注意到了这个缺点。后来，他自筹资金，租了地下室，买了很多设备，经过反复不懈的艰难的实验，他终于在1765年发明了与汽缸分离的冷凝器，解决了制造精密汽缸、活塞的工艺问题，他还在汽缸外壁加装了夹层，用蒸汽加热汽缸壁，从而有效减少冷凝损失。这样，他就制成了单动作蒸汽机。1769年，他取得了国家专利。
1782年，瓦特发明了具有连杆、飞轮和离心调速器的双动作蒸汽机，这种蒸汽机实用价值更高。因为它的阀门可以利用蒸汽的压力来推动活塞，既可向前又可向后，并借助连杆和飞轮把活塞的直线运动变成了圆周运动。为了保持蒸汽机匀速运转，瓦特把一个离心调速器连接在进汽活门上，使其自动调节进汽量。他还设计了一个和汽缸分离的冷凝器，将高温蒸汽从气缸中导出并冷却，使得主要汽缸能保持一定温度。同时，他提高了汽缸的精密度，把活塞和阀门也做得光滑、严密。他的思路原理非常新颖，效率也高得惊人。
瓦特的创造性工作使蒸汽机得到了迅速发展，使原来只能提水的机器成了可以普遍应用的蒸汽机，并使蒸汽机的热效率成倍提高，煤耗也大大地下降。也就是说，瓦特发明了现代意义上的蒸汽机。
从18世纪晚期起，蒸汽机不仅广泛应用于采矿业，而且还推广到冶炼、纺织、机器制造等行业和领域。蒸汽机的使用使得英国的纺织品产量在1766年到1789年的20多年内增长了5倍，为市场提供了大量消费商品，加速了资金的积累。
1776年，在船舶上采用蒸汽机作为推进动力的实验开始了。经过不断地改进，1807年，美国的富尔顿制成了第一艘实用的蒸汽机船“克莱蒙”号。从此以后，蒸汽机在船舶上作为推进动力达100多年。
1800年，英国的特里维希克设计了一种高压蒸汽机，这种机器可以安装在较大车体上。1803年，他把它用来推动在一条环形轨道上开动的机车，这就是机车的雏型。后来，史蒂芬逊不断改进机车，1829年创造了“火箭”号蒸汽机车，时速达46千米/时，开创了铁路时代。
19世纪末，电力应用兴起，电站中的主要动力机械就是蒸汽机。20世纪初，蒸汽机的发展达到了顶峰。当时的蒸汽机具有恒扭矩、可变速、可逆转、运行可靠、制造和维修方便等优点，被广泛用于电站、工厂、机车和船舶等各个领域。尤其值得一提的是，蒸汽机在军舰上成了当时唯一的原动机。
正是因为蒸汽机的发明，为工业大生产提供了强大的动力，从而使得人类社会的生产力得到迅猛的发展。
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3.世界上第一台蒸汽机是什么？
人类对蒸汽的认识和利用，经历了一个漫长的历史过程。实际上，世界上第一台蒸汽机在公元1世纪就产生了，它就是古希腊数学家罗希发明的，但是它仅仅是一个玩具而已。约在1679年，法国物理学家家丹尼斯·巴本制造了第一台蒸汽机的工作模型。
相关链接
【蒸汽机的构造】
简单蒸汽机主要由汽缸、底座、活塞、曲柄连杆机构、滑阀配汽机构、调速机构和飞轮等部分组成的。从锅炉来的新蒸汽，经过主汽阀和节流阀进入滑阀室，因为受滑阀的控制，所以会交替地进入汽缸的左侧或右侧，从而推动活塞运动。
知识百科
【工业革命】
工业革命又称产业革命，指资本主义工业化的早期历程，即资本主义生产完成了从工场手工业向机器大工业过渡的阶段。工业革命是以机器生产逐步取代手工劳动，以大规模工厂化生产取代个体工厂手工生产的一场生产与科技革命。工业革命是资本主义经济发展的客观要求所决定的。工业革命在18世纪60年代开始于英国，首先从棉纺织业开始，逐步发展到采矿、冶金、机器制造、运输等部门。
18世纪80年代，因蒸汽机的使用而得到进一步发展。到19世纪上半叶，英国工业革命基本完成。法、德、美等国也于19世纪完成了工业革命。工业革命使人类跨入了机器时代，带来了生产力的巨大发展，以及社会阶级结构的变化，形成了近代工业资产阶级和无产阶级两大对立阶级；拉大了东西方社会进步的距离，并把世界纳入了资本主义的商品经济体系。
7.内燃机
奇迹概览
内燃机是相对蒸汽机而言的，蒸汽机是通过外部加热里面的水，形成蒸汽而膨胀，从而推动活塞往返，形成动力。而内燃机则是由燃料直接在气缸里燃烧膨胀推动活塞往返，进而形成动力。内燃机包括往复活塞式内燃机、自由活塞式发动机和喷气式发动机等。不过，人们通常所说的内燃机是指活塞式内燃机，常见的有柴油机和汽油机。内燃机具有许多优点，如体积小、质量轻、方便移动、热效率高等。
⊙奇迹探秘：
1.世界上第一台内燃机的发明者是谁？是在哪一年发明的？
目前，全世界各种类型的汽车、拖拉机和轮船以及农业机械、工程机械等都以内燃机为动力。内燃机在人类活动中占有非常重要的地位。内燃机的作用如此之大，那么世界上第一台内燃机是谁发明出来的呢？它是由一个名叫艾蒂安·勒努瓦的法国科学家模仿蒸汽机的结构设计制造出的，这台内燃机是以后生产的无数内燃机的“祖爷爷”。
艾蒂安·勒努瓦（1822-1900），法国发明家，出生于比利时。他非常勤奋好学，善于创新，一生中取得了多项发明成就。其中，最为出名的是他在1869年发明了世界上第一台实用的内燃机。这是一台用电点火、使用照明煤气为燃料的内燃机，它的基本结构与当时的蒸汽机相差不多。尽管这台内燃机的热效率仅仅为4%左右，但是却预示着内燃机时代的到来。
走近奇迹
瓦特发明的蒸汽机，这是具有划时代意义的伟大发明，它推动了第一次工业革命的迅猛发展。但是随着工业的发展，蒸汽机的弊端日益显现，蒸汽机本身有难以克服的缺点。如蒸汽机很笨重；操纵复杂；启动慢，不能随意停止；锅炉容易爆炸，危险性大；并且锅炉的燃烧需有经验的人专门看管。
其中蒸汽机更大的缺点是热效率低，一般只有 5%-8%，最好的也不超过10%-13%。这是由于蒸汽机的锅炉和汽缸是分离的，锅炉在外面燃烧，热量损失较大，因此蒸汽机的效率难以提高。于是，人们开始研究把蒸汽机的锅炉和汽缸合并起来，燃料在外面燃烧改为在内部燃烧，利用燃烧后的烟气直接推动活塞运动，这就是内燃机。
随着科学探索的发展，人们提出了各种各样的内燃机方案，但是仍没有人发明出内燃机来。直到1860年，法国发明家勒努瓦发明了第一台实用的内燃机。它以煤气为燃料，但这种最初的内燃机燃料消耗量很大，效率低。
1862年，一位名叫罗沙的法国科学家对内燃机热力过程进行理论分析之后，提出提高内燃机效率的要求，这就是最早的四冲程工作循环。
1876年，经商出身的德国发明家尼古拉·奥古斯特·奥托（1832-1891）一次偶然在报纸上看到关于改进勒努瓦内燃机的报道，非常高兴。在此之前，奥托一直在关注内燃机的研制情况。作为商人，他从蒸汽机的广泛应用中看到了内燃机的发展前途。奥托仔细研究罗沙的原理，凭着坚强的意志，终于试验成功了第一台往复活塞式、单缸、卧式的四冲程内燃机，但仍以煤气为燃料，采用火焰点火，热效率达到14%。在当时，无论是功率还是热效率，它都是最高的。
