蒸汽機(jī)是一個(gè)能夠?qū)⒄羝械膭?dòng)能轉(zhuǎn)換為功的熱機(jī)。泵、火車頭和輪船曾使用蒸汽機(jī)驅(qū)動(dòng)。蒸汽機(jī)在工業(yè)革命中起了基本的作用。今天人們還使用蒸汽渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)來發(fā)電。
蒸汽機(jī)需要一個(gè)使水沸騰產(chǎn)生高壓蒸汽的鍋爐,這個(gè)鍋爐可以使用木頭、煤、石油或天然氣甚至垃圾作為熱源。蒸汽膨脹推動(dòng)活塞做功。
早期的蒸汽機(jī)使用蒸汽凝結(jié)時(shí)產(chǎn)生的真空來做功,后來的則使用蒸汽膨脹來做功。
zui初的真空
蒸汽機(jī)被用來將礦井里的水抽出來。紐科門的蒸汽機(jī)將蒸汽引入氣缸后閥門被關(guān)閉,然后冷水被撒入汽缸,蒸汽凝結(jié)時(shí)造成真空。活塞另一面的空氣壓力推動(dòng)活塞。在礦井中聯(lián)結(jié)一根深入豎井的桿來驅(qū)動(dòng)一個(gè)泵。蒸汽機(jī)活塞的運(yùn)動(dòng)通過這根桿傳到泵的活塞來將水抽到井外。
*個(gè)巨大的改善是將氣缸與凝結(jié)缸通過一個(gè)閥門分開。瓦特在伯明翰發(fā)明了這個(gè)改進(jìn)。這個(gè)改進(jìn)提高了蒸汽機(jī)的效率。下一個(gè)改進(jìn)是將閥門的操作自動(dòng)化。
這些早期的真空蒸汽機(jī)的效率有限,但它們比較安全,因?yàn)樗鼈兊膲毫Ρ容^低,在物質(zhì)發(fā)生損壞的情況下機(jī)器向內(nèi)收縮,而不是向外爆炸。它們的效率受外部氣壓、氣缸變形、燃燒和沸騰的效率和凝結(jié)能力的限制。理論zui率受水在普通大氣壓下比較低的沸騰溫度限制。使用高溫高壓的蒸汽為蒸汽機(jī)的效率帶來了巨大的提高。但這種蒸汽機(jī)比真空蒸汽機(jī)危險(xiǎn)得多。鍋爐和機(jī)器的爆炸造成了許多大事故。安全閥在這里帶來了很大的改進(jìn),在壓力過高的情況下安全閥放氣減壓。但真正保證安全只有依靠建造、運(yùn)行和維護(hù)的經(jīng)驗(yàn)和安全規(guī)則。