第1个回答 2022-01-14
蒸汽机是将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，它仍然是世界上最重要的原动机，后来才逐渐让位于内燃机和汽轮机等。
蒸汽机需要一个使水沸腾产生高压蒸汽的锅炉，这个锅炉可以使用木头、煤、石油或天然气甚至可燃垃圾作为热源。蒸汽膨胀推动活塞做功。
世界上第一台蒸汽机是由古希腊数学家亚历山大港的希罗（Hero of Alexandria）于公元1世纪发明的汽转球（Aeolipile），这是蒸汽机的雏形。 [2]
约1679年法国物理学家丹尼斯·帕潘在观察蒸汽逃离他的高压锅后制造了第一台蒸汽机的工作模型。同时代的萨缪尔·莫兰也提出了蒸汽机的主意。 [2]
1698年托马斯·塞维利和1712年托马斯·纽科门制造了早期的工业蒸汽机，他们对蒸汽机的发展都做出了自己的贡献。
16世纪末到17世纪后期，英国的采矿业，特别是煤矿，已发展到相当的规模，单靠人力、畜力已难以满足排除矿井地下水的要求，而现场又有丰富而廉价的煤作为燃料。现实的需要促使许多人，如英国的萨弗里、纽科门等就致力于“以火力提水”的探索和试验。
萨弗里制成的世界上第一台实用的蒸汽提水机，在1698年取得标名为“矿工之友”的英国专利。他将一个蛋形容器先充满蒸汽，然后关闭进汽阀，在容器外喷淋冷水使容器内蒸汽冷凝而形成真空。打开进水阀，矿井底的水受大气压力作用经进水管吸入容器中；关闭进水阀，重开进汽阀，靠蒸汽压力将容器中的水经排水阀压出。待容器中的水被排空而充满蒸汽时，关闭进汽阀和排水阀，重新喷水使蒸汽冷凝。如此反复循环，用两个蛋形容器交替工作，可连续排水。
萨弗里的提水机依靠真空的吸力汲水，汲水深度不能超过六米。为了从几十米深的矿井汲水，须将提水机装在矿井深处，用较高的蒸汽压力才能将水压到地面上，这在当时无疑是困难而又危险的。
纽科门及其助手卡利在1705年发明了大气式蒸汽机，用以驱动独立的提水泵，被称为纽科门大气式蒸汽机。这种蒸汽机先在英国，后来在欧洲大陆得到迅速推广，它的改型产品直到19世纪初还在制造。纽科门的蒸汽机将蒸汽引入气缸后阀门被关闭，然后冷水被撒入汽缸，蒸汽凝结时造成真空。活塞另一面的空气压力推动活塞。在矿井中联结一根深入竖井的杆来驱动一个泵。蒸汽机活塞的运动通过这根杆传到泵的活塞来将水抽到井外。纽科门大气式蒸汽机的热效率很低，这主要是由于蒸汽进入汽缸时，在刚被水冷却过的汽缸壁上冷凝而损失掉大量热量，只在煤价低廉的产煤区才得到推广。
瓦特运用科学理论，逐渐发现了这种蒸汽机的毛病所在，于1765年发明了设有与汽缸壁分开的凝汽器的蒸汽机，并于1769年取得了英国的专利。从1765年到1790年，他进行了一系列发明，比如分离式冷凝器、汽缸外设置绝热层、用油润滑活塞、行星式齿轮、平行运动连杆机构、离心式调速器、节气阀、压力计等等，使蒸汽机的效率提高到原来纽科门机的3倍多，最终发明出工业用蒸汽机。
第一个巨大的改善是将气缸与凝结缸通过一个阀门分开。瓦特在伯明翰发明了这个改进。这个改进提高了蒸汽机的效率。下一个改进是将阀门的操作自动化。初期的瓦特蒸汽机仍用平衡杠杆和拉杆机构来驱动提水泵，为了从凝汽器中抽除凝结水和空气，瓦特装设了抽气泵。他还在汽缸外壁加装夹层，用蒸汽加热汽缸壁，以减少冷凝损失。
这些早期的真空蒸汽机的效率有限，但它们比较安全，因为它们的压力比较低，在物质发生损坏的情况下机器向内收缩，而不是向外爆炸。它们的效率受外部气压、气缸变形、燃烧和沸腾的效率和凝结能力的限制。理论最高效率受水在普通大气压下比较低的沸腾温度限制。使用高温高压的蒸汽为蒸汽机的效率带来了巨大的提高。但这种蒸汽机比真空蒸汽机危险得多。锅炉和机器的爆炸造成了许多大事故。安全阀在这里带来了很大的改进，在压力过高的情况下安全阀放气减压。但真正保证安全只有依靠建造、运行和维护的经验和安全规则。
瓦特的创造性工作使蒸汽机迅速地发展，他使原来只能提水的机械，成为了可以普遍应用的蒸汽机，并使蒸汽机的热效率成倍提高，煤耗大大下降。因此瓦特是蒸汽机的改良者。
自18世纪晚期起，蒸汽机不仅在采矿业中得到广泛应用，在冶炼、纺织、机器制造等行业中也都获得迅速推广。它使英国的纺织品产量在20多年内(从1766年到1789年)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，并对运输业提出了迫切要求。
在船舶上采用蒸汽机作为推进动力的实验始于1776年,经过不断改进，至1807年，美国的富尔顿制成了第一艘实用的明轮推进的蒸汽机船“克莱蒙”号。此后，蒸汽机在船舶上作为推进动力历百余年之久。
1800年，英国的特里维西克设计了可安装在较大车体上的高压蒸汽机。1803年，他把它用来推动在一条环形轨道上开动的机车，找来喜欢新奇玩意儿的人乘坐，向他们收费，这就是机车的雏型。英国的史蒂芬孙将机车不断改进，于1829年创造了“火箭”号蒸汽机车，该机车拖带一节载有30位乘客的车厢，时速达46公里/时，引起了各国的重视，开创了铁路时代。
19世纪末，随着电力应用的兴起，蒸汽机曾一度作为电站中的主要动力机械。1900年，美国纽约曾有单机功率达五兆瓦的蒸汽机电站。
蒸汽机的发展在20世纪初达到了顶峰。它具有恒扭矩、可变速、可逆转、运行可靠、制造和维修方便等优点，因此曾被广泛用于电站、工厂、机车和船舶等各个领域中，特别在军舰上成了当时唯一的原动机。
在陆路交通方面，人们开始研制一种能以蒸汽机推动车辆快速行进的运输工具。世界上第一列蒸汽机火车是1804年2月21日理查德·特拉维斯克在威尔士展示的。英国的史蒂芬孙（George Stephenson,1781-1848）率先取得了突破性成果。
史蒂芬孙是一位煤矿工人的儿子，从小熟悉矿井里用来抽水的蒸汽机，后来立志从事交通工具的发明创造。
1814年，他研制的第一辆蒸汽机车“布拉策号”（以普鲁士将军布拉策的名字命名，他曾经帮助英国打击拿破仑军队）试运行成功。
1825年9月27日，史蒂芬孙亲自驾驶他同别人合作设计制造的“旅行者号”蒸汽机车在新铺设的铁路上试车，并获得成功。蒸汽机在交通运输业中的应用，使人类迈入了“火车时代”，迅速的扩大了人类的活动范围。
1814年史蒂芬逊在试运行“布拉策号”机车时，虽然取得了成功，但也暴露出许多问题，如噪音太大，振动强烈，蒸汽机随时都有爆炸的可能。火车开动时，浓烟滚滚，车轮摩擦铁轨时火星四溅；坐在车上的人则满面烟尘，被颠得筋疲力尽。蒸汽机冒出的火焰把附近的树木都烧焦了。
但是，史蒂芬孙没有气馁，而是不断进行改进。他在车厢下面加装了减震的弹簧，用熟铁代替生铁作铁轨的材料，在枕木下加铺了小石子，增加车头和车厢的车轮数量，把蒸汽机安装在车头以减少发生危险时的损害等。
到1825年史蒂芬孙试运行“旅行者号”机车时，情况已经有了相当大的改善。“旅行者号”牵引着6节煤车、20节挤满乘客的车厢，载重达90吨，时速15英里。这一壮观场面吸引了众多的人前来观看。铁路两旁人山人海；还有人骑着马，打着红旗走在火车前面开道。随着火车的一声鸣叫，它向全世界宣告了铁路时代的到来。
1829年，史蒂芬孙试制成功了更为先进的“火箭号”机车。
（以上【史蒂芬孙与蒸汽机车】内容来自于北师大版历史教科书）
运输工具
1769年尼古拉·约瑟夫·居纽首次用他的“蒸汽车”展示了自动的蒸汽车的可行性。这辆车可以说是第一辆汽车。这辆车作为运输工具不太有用，但用来拖农具却很不错。
一直到20世纪初蒸汽机汽车依然可以与其它驱动方式的汽车抗衡。今天大多数汽车是用内燃机驱动的。蒸汽机汽车最大的缺点是它至少需要30秒钟时间来获得足够的压力。