蒸汽機的發(fā)明，第一次大規(guī)模的把熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能，不僅直接推動了科學(xué)基礎(chǔ)理論的深入和紡織、采礦和冶金等技術(shù)科學(xué)的發(fā)展，更推動了工業(yè)革命以更加迅猛的聲勢向前發(fā)展，并深刻地改變了當(dāng)時的階級關(guān)系和社會面貌。

（1）蒸汽機的發(fā)明史

早在公元前120年，希臘人希隆曾制作了一個被稱為“小汽輪”的裝置，它是一個裝有兩個彎管噴嘴的空心銅球，噴管與球的軸成直角，各彎向相反的方向。蒸氣通過金屬導(dǎo)管從汽化皿傳到球中，再由噴嘴噴出時，球體便繞軸轉(zhuǎn)動，這是以蒸氣為動力的汽輪機的雛形。

又經(jīng)過了1800多年，到17世紀(jì)50年代，在托里拆利、帕斯卡等物理學(xué)家的共同努力下，首次獲得了真空，并實現(xiàn)了對大氣壓強的測量。17世紀(jì)末，英國完成了資產(chǎn)階級民主革命，工業(yè)有了前所未有的發(fā)展，對于燃料的需求量劇增，煤礦開采的規(guī)模越來越大，但面臨的尖銳問題就是如何解決礦井的積水問題。很多工程師都在潛心研制可用于生產(chǎn)的非人力抽水機。到1698年英國工程師薩維利在抽氣機的原理基礎(chǔ)上制造了第一臺用蒸氣作為動力的抽水機。薩維利于1698年取得了發(fā)明專利，也生產(chǎn)出一些機器用于礦井抽水，但由于機器結(jié)構(gòu)不合理，故工人操作不便，勞動強度很大，能量損耗很多，抽水效率極低。

在薩維利機用于礦井的同時，法國物理學(xué)家巴本也設(shè)計出一種利用蒸氣的動力機，在汽缸里加上了可移動的活塞，活塞的出現(xiàn)，拓寬了蒸汽機的應(yīng)用范圍。到了18世紀(jì)，英國人紐可門綜合了薩維利機和巴本機的優(yōu)點，于1705年～1706年制成了紐可門蒸汽機。紐可門機較之薩維利機可更為方便地用于礦井抽水。他采用了杠桿、鏈條等裝置，利用杠桿的搖臂使吸筒抽水做功。雖然紐可門后來作了許多改進(jìn)，但基本原理仍和薩維利機一樣，使用噴水的辦法來冷卻汽缸，以達(dá)到冷凝蒸氣的目的，因此，紐可門機的熱效率依然很低。即使如此，由于工人操作紐可門機的勞動強度較之薩維利機減少35了，因此在當(dāng)時紐可門機已廣泛應(yīng)用于礦井抽水和農(nóng)田灌溉等方面。

（2）瓦特制成改良的蒸汽機

瓦特于1736年1月19日出生在蘇格蘭的格林諾克鎮(zhèn)。格林諾克鎮(zhèn)位于當(dāng)時造船業(yè)很發(fā)達(dá)的格拉斯哥城附近。瓦特的父親是一位水平很高的造船技師和建筑師。少年瓦特看到和接觸的機械較多，并對機械產(chǎn)生了興趣，經(jīng)常用父親的工具、機械零件拼裝一些小玩意兒。1755年從格拉斯哥到了倫敦，在一家鐘表店當(dāng)學(xué)徒。由于他勤奮好學(xué)，在短短一年時間里，除了學(xué)會修理鐘表之外，還學(xué)會修理一些像方位儀、經(jīng)緯儀那樣的航海儀器和其他儀表。瓦特于1757年到了格拉斯哥大學(xué)當(dāng)了一名修理教學(xué)儀器的技工。由于格拉斯哥大學(xué)的儀器設(shè)備和模型在當(dāng)時是比較先進(jìn)的，瓦特通過修理這些儀器，在技術(shù)上有了很大的長進(jìn)。同時在大學(xué)里，他遇到了不少的科學(xué)家和工程師，使他有機會請教學(xué)習(xí)了一些理論。

1763年，格拉斯哥大學(xué)從倫敦買了一臺紐可門機的教學(xué)模型，運轉(zhuǎn)不靈。1764年，瓦特接了修理這臺機器的差事，他在修理這臺機器的過程中感到，紐可門機的冷凝裝置很不合理。瓦特經(jīng)過一段時間的思考摸索后認(rèn)為：要克服紐可門機的最大缺點，合理的辦法就是只冷凝蒸氣，而不冷卻汽缸。要做到這一點，就應(yīng)將蒸氣冷凝過程移出汽缸，增加一個與汽缸分開的冷凝器，將蒸氣的冷凝過程在冷凝器中進(jìn)行。這是一項重大的發(fā)明。1765年5月，瓦特決定改進(jìn)蒸汽機的想法，得到了格拉斯哥大學(xué)著名化學(xué)教授布萊克的支持，并取得了學(xué)校的實驗經(jīng)費。在翻砂工羅伯克的幫助下，瓦特設(shè)計制成了一臺試驗性的機器。由于這臺機器采用了冷凝器與汽缸相分離的設(shè)計，使得蒸汽機的效率大為提高。又經(jīng)過了很多次試驗改進(jìn)，到1776年，36瓦特制造安裝了兩臺實用機器，一臺安裝在一個煤礦中用于抽水，另一臺為一家煉鐵廠的高爐鼓風(fēng)。此后的5年時間里，他又安裝了一些用于銅礦和錫礦的抽水機。這期間瓦特并沒有間斷對蒸汽機的研究和實驗。1782年，瓦特進(jìn)一步改進(jìn)了汽缸的結(jié)構(gòu)，制成雙沖程的蒸汽機，這樣蒸氣可以從汽缸的兩頭分別進(jìn)入汽缸，由蒸氣來推動活塞做往復(fù)運動，徹底改變了紐可門機利用大氣壓力推動活塞的情況，變單動為雙動。后來，瓦特又對蒸汽機進(jìn)行了幾項較大的革新，1784年為了便于速度變換，他把紐可門的杠桿轉(zhuǎn)動改變?yōu)榍S和齒輪轉(zhuǎn)動，使活塞的直線運動變?yōu)閳A周運動，從而制成了能夠連續(xù)轉(zhuǎn)動的、雙動通用蒸汽機。這種蒸汽機經(jīng)濟、有效，獲得了廣泛應(yīng)用。4年后，為了能自動控制蒸汽機的速度，他發(fā)明了離心調(diào)速器。1790年他又發(fā)明了測量蒸汽機壓力的壓力計。至此經(jīng)過瓦特不懈的努力，現(xiàn)代蒸汽機就基本完成了。為此，瓦特整整花去了25年的時間，為之后一個多世紀(jì)世界工業(yè)的迅猛發(fā)展，作出了歷史性的巨大貢獻(xiàn)。

蒸汽機是由薩維利、巴本、紐可門、瓦特等人為代表的幾代科學(xué)家共同發(fā)明的。只是在改進(jìn)蒸汽機的結(jié)構(gòu)、提高蒸汽機的效率、促進(jìn)蒸汽機的廣泛應(yīng)用方面，瓦特貢獻(xiàn)更大，影響更廣。因此我們稱瓦特為現(xiàn)代蒸汽機之父是毫不過分的。

（3）推動世界發(fā)展的蒸汽機

19世紀(jì)30年代至40年代，蒸汽機在歐洲和北美被廣泛采用，這就是所謂的“蒸氣時代”。瓦特逝世于1819年，后人為了紀(jì)念他的偉大發(fā)明，把發(fā)電機和電動機的功率計算單位稱為“瓦特”。現(xiàn)代家庭用的電燈、電暖器、電熨斗的功率都稱為“瓦”，那是“瓦特”的簡稱，也是為了紀(jì)念他為37人類作出的杰出貢獻(xiàn)。

紐可門蒸汽機問世以后，就被廣泛的應(yīng)用于社會生產(chǎn)的各個行業(yè)。但是在世界上引起重大變革的是瓦特蒸汽機。當(dāng)然，瓦特蒸汽機的歷史影響是在它問世后半個多世紀(jì)內(nèi)逐漸發(fā)生的。然而，它的歷史影響正是以它的發(fā)明問世為歷史起點的。從18世紀(jì)80年代初開始，以蒸汽機為主要標(biāo)志的第一次工業(yè)革命，首先在英國，然后在西方各國迅猛發(fā)展起來。

在生產(chǎn)方式上，瓦特蒸汽機的發(fā)明，為最終實現(xiàn)由工場手工業(yè)向機器大工業(yè)的變革提供了強大的杠桿。自此之后，首先在英國，其后在法國、德國、荷蘭、瑞典等國家，都先后實現(xiàn)了由工場手工業(yè)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C器大工業(yè)的這場生產(chǎn)方式的大變革。由于生產(chǎn)方式的變革，整個社會生產(chǎn)面貌也為之一新。當(dāng)瓦特蒸汽機革新成功以后，英國當(dāng)時正急切需要動力的第一次工業(yè)革命得到了適用廣泛的強大的動力機，從此，第一次工業(yè)革命以更加迅猛的聲勢向前發(fā)展。

瓦特蒸汽機的發(fā)明，也為生產(chǎn)關(guān)系的革命提供了有力的杠桿。自此之后，由于機械大工業(yè)的迅速發(fā)展，社會日益分成兩大明顯對立的階段：無產(chǎn)階級和資產(chǎn)階級。機器大工業(yè)把無產(chǎn)階級一次又一次拋向街頭，無產(chǎn)階級革命也就一次又一次發(fā)生，從而把西歐一些主要資本主義國家推向了一個新的社會發(fā)展階段。