文丨煜捷史馆
编辑丨煜捷史馆
一、经济型蒸汽机的发展
克里斯蒂安·惠更斯(1629-1695)，荷兰自然哲学家和天文学家，他用笛卡尔的旋涡来解释他观察到的土星环。
1666年，他被邀请成为路易十四皇家科学院的创始成员，年薪5000里弗。
他带着自己的气泵从海牙来到巴黎，并就改善其臭名昭著的不可靠性与罗伯特·胡克进行了长时间的通信。
惠更斯可能参与了解决向凡尔赛喷泉供水这一紧迫的皇家问题的尝试:需要一种连续抽水的方法来保持水流。
不管这是否是目的，惠更斯和他的助手丹尼斯·帕宾(1647-1712)实验了一种“火药发动机”。
少量的火药被用来通过单向阀将空气排出汽缸，形成真空，这样水就可以被吸入。这些实验并没有立即导致成功的发动机的生产。
帕宾原本在法国昂热大学学习医学，但在1674年，他搬到伦敦为罗伯特·博伊尔工作。
从1681年到1684年，他在威尼斯公共科学学院担任了三年的实验主任；从1687年起，他在马尔堡(科隆东部)担任了大约9年的数学教授。
在马尔堡期间，帕宾构思了一种发动机的想法，这种发动机利用大气压力将活塞驱动到一个已经形成真空的气缸中，在1690年和1695年之间，帕宾成功地制造出了一种原型。
1690年，帕宾的一篇论文出现在Acta Eruditorum上，这是一本在莱比锡出版的数学杂志。
它描述了一种提议的发动机，其中火被用来将气缸中的少量水变成蒸汽，推动活塞；通过移除火，气缸冷却，蒸汽冷凝形成真空，大气的压力将活塞推回到其原始位置。
帕宾的模型工作，但他看到将其转化为可行的发动机存在不可克服的问题，并转向其他事物。帕宾论文的摘要于1697年发表在伦敦皇家学会的哲学学报上。
托马斯·萨弗里(加州。1650–1715)在1697年或1698年制造了他的第一台蒸汽机，可能是在沃克斯豪尔(现在在伦敦市中心)。
在那里，由英国军械局资助的各种技术熟练的工匠团体，在大约1630年到1700年之间试验并开发了军械、泵和机器。
令人惊讶的是，人们对萨弗里知之甚少，只知道他在1705年被任命为生病和受伤海员的司库，同年他成为皇家学会的会员，并且他是一个多产的发明家。
1698年，他被授予“通过火的推动力提水”的专利。萨弗里的泵的早期模型，在兰贝斯制造，并在汉普顿法院演示，包括一个锅炉和一个接收器或汽缸。
如果能在圆筒中创造出完美的真空，这个装置将会把水提升大约30英尺，但实际上，只能达到大约20英尺。
萨弗里的蒸汽泵在1699年的《皇家学会哲学会刊》和萨弗里的书《矿工的朋友》中有描述和说明.
我们几乎可以肯定，萨弗里知道帕宾关于大气蒸汽机的早期工作。
注意，萨弗里发动机没有我们今天与蒸汽机联系在一起的移动活塞:它使用来自锅炉B的加压蒸汽，迫使水离开汽缸E，并向上通过止回阀k。
然后关闭蒸汽供应，钢瓶内的蒸汽与来自龙头M的冷水冷凝，在e内形成真空。
大气压力迫使水向上通过管道G，经过止回阀I，进入抽空的钢瓶，这样循环可以再次开始。
相对较高的压力和温度限制了18世纪早期的工艺和材料，但在1702年，萨弗里能够向“所有被水淹没的矿山和煤矿业主”推销他的发动机。
可以看到一个例子，在他位于伦敦索尔兹伯里法院的车间里，星期三和星期六下午3:00到6:00工作。
他声称这比其他抽水方式花费更少，而且几乎不需要维护。
运动部件数量少是萨弗里泵的一个吸引人的特点，特别是因为人们认为活塞运动的发动机由于摩擦损失而效率低下。
当时没有意识到，蒸汽与冷水冷凝时浪费的热量(即能量)是一种更严重的低效率。
无论如何，这些发动机都不适合解决当时最紧迫的问题，即煤矿排水，萨弗里在1705年放弃了他的大气蒸汽机项目。
他不是唯一一个手指烧伤的“投影仪”:
解决矿井排水问题的第一台蒸汽机是由托马斯·纽科门(1663-1729)开发的，它们从1712年开始投入使用。
萨弗里泵不得不安装在距离要排水的矿井系统底部不超过20英尺的地方，而Newcomen发动机可以安装在坑口。
动力由一根重梁提供，重梁的一端与发动机相连，另一端与现有的矿井水泵装置相连。
横梁是平衡的，因此抽油机的重量将一端拉下，同时提升连接另一端的活塞。当活塞上升时，锅炉里的蒸汽被吸入汽缸。
当圆筒充满蒸汽时，水被喷入其中，蒸汽凝结，形成真空。大气压力迫使活塞下降，如此循环往复。
各种阀门通过发动机本身的运动机械地打开和关闭，因此，一旦启动，发动机就是“自动的”。
纽科门发动机比萨弗里的更容易制造，它是矿主熟悉的能源形式，如水车、风车或马的直接替代品。
纽科门是来自达特茅斯的德文郡铁匠，与水管工和玻璃工约翰·卡利合伙。
他们可能是作为学徒商人开始他们的工作生涯的，到1707年，他们拥有了一个繁荣的“五金”企业，制造和零售许多用铁、黄铜、铜、锡和铅制成的物品。
他们的客户包括康沃尔锡矿主。我们对纽科门如何生产他的蒸汽机知之甚少，但历史学家现在倾向于相信纽科门知道帕宾的蒸汽。
罗伯特·胡克在18世纪初访问了纽科门，并传递了帕宾工作的细节，这一似乎可信的建议无法得到证实。
纽科门与萨弗里达成了友好的财务安排，萨弗里甚至出售了纽科门发动机，这表明两者确实交换了技术信息，因此，实验知识的逐渐积累最终导致了第一台商业蒸汽机的出现。
后来，工程师们对纽科门的发动机进行了系统的研究，并大大提高了效率。
1765年，土木工程师约翰·斯密顿(1724-92)被要求为伦敦北部的一个水库项目推荐一种发动机。
他研究了一个模型引擎，但发现它的性能是对全尺寸机器性能的误导。
斯米顿决定为蒸汽机效率建立一些标准；他对设计和制造进行了许多改进，最终使效率提高了约25%
詹姆斯·瓦特(1736-1819)，1757年成为格拉斯哥大学的科学仪器制造商。
当他被格拉斯哥大学的自然哲学教授约翰·安德松要求修理一台工作模型纽科门发动机时，他对蒸汽机的效率产生了兴趣。
他认识到用蒸汽和冷水连续加热和冷却汽缸的效率低下。取而代之的是，他建议将汽缸保温，然后施加蒸汽，首先在活塞的一端，然后在另一端。
膨胀的蒸汽推动活塞，废蒸汽被引向一个单独的冷凝器。
瓦特的制造伙伴马修·博尔顿(1728-1809)也能够通过提高结构的精确度来减少损失，
因此，从1775年开始在伯明翰博尔顿的索霍工厂生产的博尔顿和瓦特发动机，每单位工作消耗的煤是纽科门发动机的三分之一。
早在热量输入和功输出之间的关系的综合理论被研究出来之前，萨维里、纽科门和瓦特已经对帕潘和葛利克的想法进行了实际的改进，主要是通过增加制造的精度和减少热量的浪费。
此外，在博尔顿和瓦特发动机开始交付给英国客户的六年前，士兵和军事理论家尼古拉斯·库格诺特(1725-1804)在法国战争部的支持下，已经制造出一种蒸汽动力拖拉机，可以缓慢行走20分钟。
（作者观点）1850年改良出高压蒸汽机后，对经济的贡献才达到顶峰，距离瓦特1769年研发新型蒸汽机，已经是80年后的事了。
蒸汽机和电力一样，属于“一般目的型的科技”（general purpose technologies, GPT），这同时也吹响了第一次机械革命的号角。
二、自然哲学家团体
1650年，笛卡尔去世的那一年，法国爆发内战；1653年，当年轻的路易十四的政府战胜了弗龙代叛乱时，他才15岁。
法国国王随后加强并集中了对法国的控制。
在1660年君主制复辟后的英国，出现了一个更加分散化并最终更加平等的社会秩序，在这个秩序中，起初是地主，后来是中产阶级在国家繁荣的增长中发挥了作用。
在法国和英国，自然哲学因其潜在的效用而受到重视，在整个欧洲，促进自然哲学的学术和社会的形成有助于将分歧搁置一边。
志趣相投的人们聚集在一起，无视信仰和职业的差异，在世俗的背景下讨论自然哲学。
他们希望新扩展的自然哲学是一种共享的而不是孤立的活动，在这种活动中，行动将取代辩论，实验室将取代古代权威的图书馆，事实将优先于精心制作的无法验证的理论系统。
到1700年，部分是因为大学并不总是与发展保持同步，任何重视他或她在自然哲学方面的能力的声誉的人，都属于一个社会或学院，许多人是不止一个的成员。
查理二世于1662年授予伦敦皇家提高自然知识学会特许状。
两年前，从保皇派到克伦威尔派的十几个背景各异的人聚在一起，讨论他们在为实用目的发展自然和实验哲学方面的共同兴趣。
他们包括罗伯特·波义耳、罗伯特·胡克、克里斯托·莱伊恩和伊萨克·巴罗(1630-1677)，他是剑桥大学的第一位卢卡斯数学教授。
皇家学会的目标是“通过实验提高对自然事物和有用艺术的认识”。
创始会员心中有一个专门的英国项目，该项目源自弗朗西斯·培根的著作，
Verulam男爵是伊丽莎白一世到1860年间的皇室律师查理一世，培根成为大法官，但在晚年，他被越来越多的反保皇派议会认定犯有受贿罪。
他开始写辩论性的作品，主张放弃枯燥的古代哲学模式，重新定位于对自然的实证研究(基于观察和实验的研究，而不是理论化)。
培根写了寓言式的《新亚特兰蒂斯》，这是一个关于南海一小群岛屿上的文明的未来故事，在早期社会秩序崩溃后，这些岛屿与人类隔绝。
新亚特兰提斯岛的居民，在那里进步继续有增无减，小心翼翼地保持他们的生活方式不为腐朽的外部世界所知。
在虚构的新亚特兰蒂斯中发展起来的制度(自然)就是培根建议英格兰应该采用的制度。
他支持君主制反对民主，他认为教会的作用是公共道德的守护者，但他敦促发展一个技术进步的国家。
对英格兰来说，这意味着改革大学，放弃古代研究和提供现代实验室和图书馆。
最重要的是，他提出了一个研究和发展机构(新的亚特兰蒂斯模式被详细描述),在那里自然哲学和艺术和工艺被研究、分析和应用于改进，例如，各种各样的引擎。
一系列研究人员从全球各地寻求自然知识，并设计实验来揭示自然过程。
实验将提出自然的一般规律(一个称为“归纳”的过程)，这些规律可用于技术改进。
皇家学会的成立是为了执行一个实验和归纳的归纳计划，这个计划的一个表现就是波义耳的“实验哲学”。
例如，他指导了测试给定质量的空气的压力和它的体积(在恒定温度下)之间的关系的实验。
波义耳的程序是报告在特定实验中进行的实际测量。
在检查结果时，他看到随着压力的增加，体积减少，但他仍然指出，他的实验读数不会准确地证实直接比例定律，可能是因为他的仪器不是绝对准确的，但也可能是因为没有这样的定律。
事实上，在一定范围内，一定质量的气体在恒定温度下的体积与其压力成反比，这种关系现在被称为波义耳定律，但波义耳本人将怀疑主义推向了极端:
他总是更喜欢获得更多的实验事实，他拒绝对物质结构或可能解释他的实验发现的潜在机制做出草率的一般性结论
巴黎科学院由路易十四的第一任部长让·巴普蒂斯特·柯尔贝尔(1619-1683)于1666年建立。
一个非正式的社会早些时候在梅森周围成长起来，在他1648年去世后，贵族哈贝特·德·蒙莫尔(约。1600-79)主持了由伽森狄领导的小组。
一部正式的宪法于1657年通过。蒙特莫尔学院的一些成员(如惠更斯)也是皇家学会的研究员，法国和英国机构之间的联系因通信和个人访问而增长。
法国人对培根主张支持成员和产业感谢小部门官员的好意在这个模型中，彼得斯是1717年底的著名演说家会计是一座城市，我们向伊丽莎白致以特别的问候。
（作者观点）这是“实验哲学”指旨在为哲学争论作出贡献的经验性工作。
狭义的“实验哲学”指关于哲学直觉、影响哲学直觉的因素、以及背后的心理学和神经学机制的经验性研究。
参考文献：
《蒸汽机的发展》
《自然哲学与物质结构》
《工业时代的来临》
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