《工业革命的燃料与动力：从煤炭到蒸汽机》 New 2025-01-02 作者 C3P00 一、木材匮乏与煤炭利用的挑战 在18世纪的英国，工业发展面临着一个严峻的问题——木材资源的短缺。对于炼铁行业来说，这是一个巨大的阻碍。因为传统的炼铁方法是使用木材作为燃料，但是随着工业规模的不断扩大，木材已经无法满足需求。而市场上却有大量的煤炭存在，不过当时煤炭在工业中的应用主要局限于一些简单的煮沸操作，像煮盐和染布等。 然而，用煤炭来冶炼铁并不是一件容易的事情。煤中的硫会使铁变得脆弱，这成为了一个困扰英国发明家和企业家们长达百年的问题。这就像是在一个充满荆棘的道路上前行，每一步都充满了不确定性。🤔 （一）亚伯拉罕·达比的突破 在这个艰难的探索过程中，一位名叫亚伯拉罕·达比（Abraham Darby）的人做出了重大突破。他出生于达德利附近村庄的一个农民家庭，早年做过麦芽制造商的学徒。麦芽制造是一个复杂的过程，需要将大麦浸泡在水中让其发芽，从而激活大麦中能够将谷物淀粉转化为糖的酶。然后为了中断这个过程，要将发芽的谷物放在窑里烘干，并将其碾成粉末与未发芽的谷物混合发酵，这一系列的操作需要精确的掌握技巧。 达比凭借着自己的勤奋和智慧，在1700年于布里斯托尔建立起自己的企业。之后他又陆续建立了黄铜制造厂和铸造铁锅的铸造厂。在黄铜制造厂中，他率先尝试用煤来冶炼黄铜，这为他在冶炼技术上的探索奠定了基础。到了1709年，他将自己的铸造厂搬迁到了柯尔布鲁克代尔（Coalbrookdale），这个地方靠近塞文河，有着丰富的煤炭资源。在这里，他开始深入研究如何通过炼焦来提供用于炼铁时烧的煤。炼焦就是在低氧条件下在窑中烘烤煤炭，从而去除煤炭中的硫和其他杂质，这些杂质正是导致铁变脆的关键因素。他的儿子的遗孀艾比亚·达比（Abia Darby）曾将这个做法形象地比喻成“烘干麦芽”。 （二）煤炭炼铁对工业发展的意义 当他们掌握了这项技术后，达比和他的后代逐渐用焦炭替代了木炭。艾比亚·达比在1763年就指出，用煤炭炼铁可以使英国工业摆脱木材稀缺的瓶颈。在当时，拥有土地的绅士们也拥有森林，他们会提高木材的价格，使得木材变得极其昂贵，甚至有钱也难以买到。而煤炭炼铁技术的发展，大大减少了对木炭的需求。随着时间的推移，人们可能会完全放弃使用木炭。到了19世纪初，铁已经在制造业和建筑业中大量取代了木材，这就像是一场材料领域的革命，彻底改变了工业生产的格局。🛠️ 二、铁制品的发展及其影响 （一）铁质车轮与轨道的变革 柯尔布鲁克代尔铸造厂在1729年开始铸造第一批铁质车轮。这些铁质车轮虽然对木制轨道的损坏比木轮更加严重，但这也促使人们寻找更好的解决方案。很快，他们就造出了2英寸宽、0.5英寸厚的铸铁板，用来钉在木轨上起保护作用。这进一步推动了铁路技术的发展，接下来就是铸铁轨道的出现，这成为了柯尔布鲁克代尔铸造厂的一个主要产品。加洛韦写道：“人们现在正在建造很长的（车轨），非常认真仔细，费用也很高，一直建到远离河流的煤矿上。”这种铁路建设不仅方便了煤炭的运输，也促进了整个工业体系的运转。 （二）蒸汽机与采矿业的关系 同时，柯尔布鲁克代尔公司也开始为纽科门蒸汽机铸造铁制汽缸，以取代之前使用的更为昂贵的黄铜汽缸。在19世纪40年代早期，柯尔布鲁克代尔用纽科门蒸汽机取代了自己厂里的马匹拉动抽水泵，这是蒸汽机第一次被用于炼铁，大幅降低了生产成本。从这个时候开始，随着越来越多的蒸汽机投入使用，以前被水淹没的旧矿可以重新开采，新挖矿井也可以保持干燥，采矿业得到了迅速的发展。这对整个工业原料的供应起到了至关重要的作用，就像给工业发展注入了一股强大的动力源泉。🔥 然而，纽科门蒸汽机也有它的局限性。它过于消耗煤炭，效率低下，体积庞大且难以搬运，只能进行简单的上下往复运动，像跷跷板一样抽水。如果要用煤炭来支持英国工业化的加速发展，那么必须有人来发明一种更好的蒸汽机。 三、詹姆斯·瓦特与改进蒸汽机 （一）瓦特的成长背景与早期经历 詹姆斯·瓦特于1736年出生在格拉斯哥附近。他的祖父是一位教数学和航海的老师，父亲则是造船商和蜡烛商，母亲的表弟是格拉斯哥大学的拉丁文教授。瓦特在20岁的时候到伦敦学习制作教学仪器和航海仪器。在这一年的时间里，他花费了父亲20基尼（相当于现在的2900英镑或4200美元）接受培训。瓦特从小就跟着父亲鼓捣东西，所以他有一定的动手能力。在他结束培训时，他认为自己应该能够在任何地方找到工作，因为他已经具备了熟练工人的技能水平。 （二）瓦特在格拉斯哥的起步与发展 1756年10月，瓦特第一次在格拉斯哥大学找到了工作机会。学校从牙买加获得了一批天文仪器，由于经过海上长途航行已经锈迹斑斑，需要修理。皇家天文学家称这些仪器可以配置成一家“王室天文台”。于是学校建立了一个新的天文台，瓦特在初冬开始为学校工作，并在12月完成了任务，获得了5英镑（相当于今天的700英镑或1000美元）的报酬。之后他在格林诺克的家中住了6个月，购买工具和商品，开展维修和销售仪器的生意。到1757年7月，瓦特回到格拉斯哥并在大学区内开设了自己的店铺。当时的实验室仪器和示范模型都是手工制作和维护的，格拉斯哥大学允许瓦特住在校内并出售商品，作为他为学校提供服务的部分报酬。大学还任命他为“数学仪器制造者”，让他负责维护学校的教学仪器。 （三）瓦特的社交圈与科学探索 刚毕业不久的约翰·罗宾逊在参观瓦特的店铺后，发现这位年轻店主的科学知识令人印象深刻。罗宾逊回忆说，起初他只是去看那些精美的仪器，一边翻看一边和瓦特交谈。他本以为瓦特只是一个工匠，但后来惊讶地发现瓦特有着很高的智慧。他们很快就成了朋友，并且经常一起闲聊。不仅是罗宾逊，其他爱好科学的年轻人以及教职员工也都与瓦特关系密切。例如，自然哲学教授约翰·安德森也会到瓦特的店里，欣赏那台伯德象限仪。 罗宾逊曾建议瓦特关注纽科门蒸汽机，并提出可以用它为轮式车辆提供动力的想法。这促使瓦特开始探索蒸汽机的可能性。尽管早期他们的合作实验并不成功，但瓦特一直在不断学习和实验。直到1763年，瓦特还在做涉及蒸汽的各种实验。那一年冬天，安德森让瓦特去维修学校从西森那里购买的纽科门蒸汽机模型。这台机器从来没有很好地运行过，瓦特首先修复了一些做得很糟糕的部件，然后减少蒸汽机注入汽缸的冷水量。当机器正常运行后，瓦特发现机器尺寸与燃料消耗量的比例不合理，认为圆柱体散发出过多的热量，过度冷却了系统并浪费了能源。 （四）瓦特对蒸汽机的改进 随后，瓦特与罗宾逊讨论纽科门模型的缺点，得出结论：如果圆筒用木头来做而不是金属制成，就能极大地减少热量的损失。瓦特决定改进纽科门蒸汽机，他知道这种机型效率非常低，有很大的改进空间。瓦特在他的笔记本中肯定地写下：“我一直认为这种机器可以适用于其他有价值的用途。”罗宾逊提出的其中一个用途就是交通运输，而且当时英国众多依赖于不稳定水力驱动的铸铁厂和毛纺厂，如果能靠蒸汽驱动会运行得更好。1763年末，瓦特搬到了格拉斯哥市里，开始了他对蒸汽机改进的更深入研究。💪 瓦特的这些努力最终促成了蒸汽机的重大改进，为工业革命提供了更为强劲的动力，使人类进入了工业化的新时代。可以说，从煤炭的合理利用到蒸汽机的改进，这一系列的变化就像一部波澜壮阔的历史长卷，展示了人类在克服困难、追求进步方面的无限潜力。📖
一、木材匮乏与煤炭利用的挑战
在18世纪的英国，工业发展面临着一个严峻的问题——木材资源的短缺。对于炼铁行业来说，这是一个巨大的阻碍。因为传统的炼铁方法是使用木材作为燃料，但是随着工业规模的不断扩大，木材已经无法满足需求。而市场上却有大量的煤炭存在，不过当时煤炭在工业中的应用主要局限于一些简单的煮沸操作，像煮盐和染布等。
然而，用煤炭来冶炼铁并不是一件容易的事情。煤中的硫会使铁变得脆弱，这成为了一个困扰英国发明家和企业家们长达百年的问题。这就像是在一个充满荆棘的道路上前行，每一步都充满了不确定性。🤔
（一）亚伯拉罕·达比的突破
在这个艰难的探索过程中，一位名叫亚伯拉罕·达比（Abraham Darby）的人做出了重大突破。他出生于达德利附近村庄的一个农民家庭，早年做过麦芽制造商的学徒。麦芽制造是一个复杂的过程，需要将大麦浸泡在水中让其发芽，从而激活大麦中能够将谷物淀粉转化为糖的酶。然后为了中断这个过程，要将发芽的谷物放在窑里烘干，并将其碾成粉末与未发芽的谷物混合发酵，这一系列的操作需要精确的掌握技巧。
达比凭借着自己的勤奋和智慧，在1700年于布里斯托尔建立起自己的企业。之后他又陆续建立了黄铜制造厂和铸造铁锅的铸造厂。在黄铜制造厂中，他率先尝试用煤来冶炼黄铜，这为他在冶炼技术上的探索奠定了基础。到了1709年，他将自己的铸造厂搬迁到了柯尔布鲁克代尔（Coalbrookdale），这个地方靠近塞文河，有着丰富的煤炭资源。在这里，他开始深入研究如何通过炼焦来提供用于炼铁时烧的煤。炼焦就是在低氧条件下在窑中烘烤煤炭，从而去除煤炭中的硫和其他杂质，这些杂质正是导致铁变脆的关键因素。他的儿子的遗孀艾比亚·达比（Abia Darby）曾将这个做法形象地比喻成“烘干麦芽”。
（二）煤炭炼铁对工业发展的意义
当他们掌握了这项技术后，达比和他的后代逐渐用焦炭替代了木炭。艾比亚·达比在1763年就指出，用煤炭炼铁可以使英国工业摆脱木材稀缺的瓶颈。在当时，拥有土地的绅士们也拥有森林，他们会提高木材的价格，使得木材变得极其昂贵，甚至有钱也难以买到。而煤炭炼铁技术的发展，大大减少了对木炭的需求。随着时间的推移，人们可能会完全放弃使用木炭。到了19世纪初，铁已经在制造业和建筑业中大量取代了木材，这就像是一场材料领域的革命，彻底改变了工业生产的格局。🛠️
二、铁制品的发展及其影响
（一）铁质车轮与轨道的变革
柯尔布鲁克代尔铸造厂在1729年开始铸造第一批铁质车轮。这些铁质车轮虽然对木制轨道的损坏比木轮更加严重，但这也促使人们寻找更好的解决方案。很快，他们就造出了2英寸宽、0.5英寸厚的铸铁板，用来钉在木轨上起保护作用。这进一步推动了铁路技术的发展，接下来就是铸铁轨道的出现，这成为了柯尔布鲁克代尔铸造厂的一个主要产品。加洛韦写道：“人们现在正在建造很长的（车轨），非常认真仔细，费用也很高，一直建到远离河流的煤矿上。”这种铁路建设不仅方便了煤炭的运输，也促进了整个工业体系的运转。
（二）蒸汽机与采矿业的关系
同时，柯尔布鲁克代尔公司也开始为纽科门蒸汽机铸造铁制汽缸，以取代之前使用的更为昂贵的黄铜汽缸。在19世纪40年代早期，柯尔布鲁克代尔用纽科门蒸汽机取代了自己厂里的马匹拉动抽水泵，这是蒸汽机第一次被用于炼铁，大幅降低了生产成本。从这个时候开始，随着越来越多的蒸汽机投入使用，以前被水淹没的旧矿可以重新开采，新挖矿井也可以保持干燥，采矿业得到了迅速的发展。这对整个工业原料的供应起到了至关重要的作用，就像给工业发展注入了一股强大的动力源泉。🔥
然而，纽科门蒸汽机也有它的局限性。它过于消耗煤炭，效率低下，体积庞大且难以搬运，只能进行简单的上下往复运动，像跷跷板一样抽水。如果要用煤炭来支持英国工业化的加速发展，那么必须有人来发明一种更好的蒸汽机。
三、詹姆斯·瓦特与改进蒸汽机
（一）瓦特的成长背景与早期经历
詹姆斯·瓦特于1736年出生在格拉斯哥附近。他的祖父是一位教数学和航海的老师，父亲则是造船商和蜡烛商，母亲的表弟是格拉斯哥大学的拉丁文教授。瓦特在20岁的时候到伦敦学习制作教学仪器和航海仪器。在这一年的时间里，他花费了父亲20基尼（相当于现在的2900英镑或4200美元）接受培训。瓦特从小就跟着父亲鼓捣东西，所以他有一定的动手能力。在他结束培训时，他认为自己应该能够在任何地方找到工作，因为他已经具备了熟练工人的技能水平。
（二）瓦特在格拉斯哥的起步与发展
1756年10月，瓦特第一次在格拉斯哥大学找到了工作机会。学校从牙买加获得了一批天文仪器，由于经过海上长途航行已经锈迹斑斑，需要修理。皇家天文学家称这些仪器可以配置成一家“王室天文台”。于是学校建立了一个新的天文台，瓦特在初冬开始为学校工作，并在12月完成了任务，获得了5英镑（相当于今天的700英镑或1000美元）的报酬。之后他在格林诺克的家中住了6个月，购买工具和商品，开展维修和销售仪器的生意。到1757年7月，瓦特回到格拉斯哥并在大学区内开设了自己的店铺。当时的实验室仪器和示范模型都是手工制作和维护的，格拉斯哥大学允许瓦特住在校内并出售商品，作为他为学校提供服务的部分报酬。大学还任命他为“数学仪器制造者”，让他负责维护学校的教学仪器。
（三）瓦特的社交圈与科学探索
刚毕业不久的约翰·罗宾逊在参观瓦特的店铺后，发现这位年轻店主的科学知识令人印象深刻。罗宾逊回忆说，起初他只是去看那些精美的仪器，一边翻看一边和瓦特交谈。他本以为瓦特只是一个工匠，但后来惊讶地发现瓦特有着很高的智慧。他们很快就成了朋友，并且经常一起闲聊。不仅是罗宾逊，其他爱好科学的年轻人以及教职员工也都与瓦特关系密切。例如，自然哲学教授约翰·安德森也会到瓦特的店里，欣赏那台伯德象限仪。
罗宾逊曾建议瓦特关注纽科门蒸汽机，并提出可以用它为轮式车辆提供动力的想法。这促使瓦特开始探索蒸汽机的可能性。尽管早期他们的合作实验并不成功，但瓦特一直在不断学习和实验。直到1763年，瓦特还在做涉及蒸汽的各种实验。那一年冬天，安德森让瓦特去维修学校从西森那里购买的纽科门蒸汽机模型。这台机器从来没有很好地运行过，瓦特首先修复了一些做得很糟糕的部件，然后减少蒸汽机注入汽缸的冷水量。当机器正常运行后，瓦特发现机器尺寸与燃料消耗量的比例不合理，认为圆柱体散发出过多的热量，过度冷却了系统并浪费了能源。
（四）瓦特对蒸汽机的改进
随后，瓦特与罗宾逊讨论纽科门模型的缺点，得出结论：如果圆筒用木头来做而不是金属制成，就能极大地减少热量的损失。瓦特决定改进纽科门蒸汽机，他知道这种机型效率非常低，有很大的改进空间。瓦特在他的笔记本中肯定地写下：“我一直认为这种机器可以适用于其他有价值的用途。”罗宾逊提出的其中一个用途就是交通运输，而且当时英国众多依赖于不稳定水力驱动的铸铁厂和毛纺厂，如果能靠蒸汽驱动会运行得更好。1763年末，瓦特搬到了格拉斯哥市里，开始了他对蒸汽机改进的更深入研究。💪
瓦特的这些努力最终促成了蒸汽机的重大改进，为工业革命提供了更为强劲的动力，使人类进入了工业化的新时代。可以说，从煤炭的合理利用到蒸汽机的改进，这一系列的变化就像一部波澜壮阔的历史长卷，展示了人类在克服困难、追求进步方面的无限潜力。📖