從蒸汽機的發明和

『壹』 蒸汽機的發明和應用

蒸汽機是將蒸汽的能量轉換為機械功的往復式動力機械。蒸汽機的出現曾引起了18世紀的工業革命。直到20世紀初，它仍然是世界上最重要的原動機，後來才逐漸讓位於內燃機和汽輪機等。

【發明歷史】
世界上第一台蒸汽機是古希臘的亞歷山大利亞城的希羅於1世紀發明的風光管，不過它只不過是一個玩具而已。

16世紀末到17世紀後期，英國的采礦業，特別是煤礦，已發展到相當的規模，單靠人力、畜力已難以滿足排除礦井地下水的要求，而現場又有豐富而廉價的煤作為燃料。現實的需要促使許多人，如英國的帕潘、薩弗里、紐科門等就致力於「以火力提水」的探索和試驗。

薩弗里製成的世界上第一台實用的蒸汽提水機，在1698年取得標名為「礦工之友」的英國專利。他將一個蛋形容器先充滿蒸汽，然後關閉進汽閥，在容器外噴淋冷水使容器內蒸汽冷凝而形成真空。打開進水閥，礦井底的水受大氣壓力作用經進水管吸入容器中；關閉進水閥，重開進汽閥，靠蒸汽壓力將容器中的水經排水閥壓出。待容器中的水被排空而充滿蒸汽時，關閉進汽閥和排水閥，重新噴水使蒸汽冷凝。如此反復循環，用兩個蛋形容器交替工作，可連續排水。

薩弗里的提水機依靠真空的吸力汲水，汲水深度不能超過六米。為了從幾十米深的礦井汲水，須將提水機裝在礦井深處，用較高的蒸汽壓力才能將水壓到地面上，這在當時無疑是困難而又危險的。

紐科門及其助手卡利在1705年發明了大氣式蒸汽機，用以驅動獨立的提水泵，被稱為紐科門大氣式蒸汽機。這種蒸汽機先在英國，後來在歐洲大陸得到迅速推廣，它的改型產品直到19世紀初還在製造。紐科門大氣式蒸汽機的熱效率很低，這主要是由於蒸汽進入汽缸時，在剛被水冷卻過的汽缸壁上冷凝而損失掉大量熱量，只在煤價低廉的產煤區才得到推廣。

1764年，英國的儀器修理工詹姆斯·瓦特為格拉斯哥大學修理紐可門蒸汽機模型時，注意到了這一缺點，並於1765年發明了設有與汽缸壁分開的凝汽器的蒸汽機，並於1769年取得了英國的專利。初期的瓦特蒸汽機仍用平衡杠桿和拉桿機構來驅動提水泵，為了從凝汽器中抽除凝結水和空氣，瓦特裝設了抽氣泵。他還在汽缸外壁加裝夾層，用蒸汽加熱汽缸壁，以減少冷凝損失。

1782年前後，瓦特將機器進一步改進，完成了兩項重要發明：在活寒工作行程的中途，關閉進汽閥，使蒸汽膨脹作功以提高熱效率；使蒸汽在活塞兩面都作功(雙作用式)，以提高輸出功率。這時的活塞既要向下拉動杠桿又要向上推動杠桿，扇形平衡杠桿和拉鏈已不再適用，瓦特使發明了平行四邊形機構。瓦特還於18世紀末將曲柄連桿機構用在蒸汽機上。

瓦特的創造性工作使蒸汽機迅速地發展，他使原來只能提水的機械，成為了可以普遍應用的蒸汽機，並使蒸汽機的熱效率成倍提高，煤耗大大下降。因此瓦特是蒸汽機的改良者。

自18世紀晚期起，蒸汽機不僅在采礦業中得到廣泛應用，在冶煉、紡織、機器製造等行業中也都獲得迅速推廣。它使英國的紡織品產量在20多年內(從1766年到1789年)增長了5倍，為市場提供了大量消費商品，加速了資金的積累，並對運輸業提出了迫切要求。

在船舶上採用蒸汽機作為推進動力的實驗始於1776年,經過不斷改進，至1807年，美國的富爾頓製成了第一艘實用的明輪推進的蒸汽機船「克萊蒙脫」號。此後，蒸汽機在船舶上作為推進動力歷百餘年之久。

1801年，英國的特里維西克提出了可移動的蒸汽機的概念，1803年，這種利用軌道的可移動蒸汽機首先在煤礦區出現，這就是機車的雛型。英國的斯蒂芬孫將機車不斷改進，於1829年創造了「火箭」號蒸汽機車，該機車拖帶一節載有30位乘客的車廂，時速達46公里/時，引起了各國的重視，開創了鐵路時代。

19世紀末，隨著電力應用的興起，蒸汽機曾一度作為電站中的主要動力機械。1900年，美國紐約曾有單機功率達五兆瓦的蒸汽機電站。

蒸汽機的發展在20世紀初達到了頂峰。它具有恆扭矩、可變速、可逆轉、運行可靠、製造和維修方便等優點，因此曾被廣泛用於電站、工廠、機車和船舶等各個領域中，特別在軍艦上成了當時唯一的原動機。

【原理】

蒸汽機按蒸汽在活塞一側或兩側工作，可分為單作用和雙作用式；按汽缸布置方式，可分為立和卧式；按蒸汽是在一個汽缸中膨脹或依次連續在多個汽缸中膨脹，可分為單脹式和多脹式；按蒸汽在汽缸中的流向，可分為迴流式和單流式；按排汽方式和排汽壓力可分為凝汽式、大氣式和背壓式。

簡單蒸汽機主要由汽缸、底座、活塞、曲柄連桿機構、滑閥配汽機構、調速機構和飛輪等部分組成，汽缸和底座是靜止部分。從鍋爐來的新蒸汽，經主汽閥和節流閥進入滑閥室，受滑閥控制交替地進入汽缸的左側或右側，推動活塞運動。

蒸汽機的發展首先體現在功率和效率的提高，而這又主要取決於蒸汽參數的提高。初期蒸汽機的蒸汽壓力僅為0.11～0.13兆帕，19世紀初才達到0.35～0.7兆帕，20世紀20年代曾用到6～10兆帕。在蒸汽溫度上，19世紀末還不超過250℃，而到20世紀30年代曾用到450～480℃。

至於效率，瓦特初期連續運轉的蒸汽機，按燃料熱值計總效率不超過3％；到1840年，最好的凝汽式蒸汽機總效率可達8％；到20世紀，蒸汽機最高效率可達到20％以上。

在轉速方面，18世紀末瓦特蒸汽機僅40～50轉/分；20世紀初轉速達到100～300轉/分，個別蒸汽機曾達到2500轉/分。在功率方面，最初單機功率僅幾馬力，20世紀初的一台船用蒸汽機的功率可達25000馬力。

隨著蒸汽參數和功率的提高，蒸汽已不可能在一個汽缸中繼續膨脹，還必須在相連接的汽缸中繼續膨脹，於是出現了多級膨脹的蒸汽機。蒸汽機因受到潤滑油閃點的限制，所用蒸汽的最高溫度一般都不超過400℃，機車，船用等移動式蒸汽機還略低一些，多數不高於350℃。考慮到膨脹的可能性和結構的經濟性，常用壓力在2.5兆帕以下。蒸汽參數受到限制，從而也限制了蒸汽機功率的進一步提高。

蒸汽機的出現和改進促進了社會經濟的發展，但同時經濟的發展反過來又向蒸汽機提出了更高的要求，如要求蒸汽機功率大、效率高、重量輕、尺寸小等。盡管人們對蒸汽機作過許多改進，不斷擴大它的使用范圍和改善它的性能，但是隨著汽輪機和內燃機的發展，蒸汽機因存在不可克服的弱點而逐漸衰落。

【技術】
鍋爐
鍋爐分兩種：
火管造型被用在早期的船隻和蒸汽機車的鍋爐中。在火管式鍋爐中，從燃燒室出來的熱煙通過煙道由煙囪排出。這種鍋爐需要一個比較高的煙囪。

水管造型的水由熱氣通過多個管道加熱。這些管道在交換器的頂部流入一個蒸汽集合腔。水管鍋爐的一個重要優點是它在破壞時造成的危險比較小，原因是因為鍋爐里的水的量比較小，此外鍋爐里沒有多少會被磨損的運動的機械組成部分，一些水管鍋爐在排煙道上還有一個熱交換器來提高整個鍋爐的熱效率。

【引擎】

高壓蒸汽機引擎有多種造型，但最主要的是往復活塞和汽輪機。

往復式
雙動
帶壓蒸汽技術被發明後下一個重要的改進是使用雙動活塞，帶壓蒸汽在一個汽缸壓力降低到普通大氣壓或在其凝結過程中可以推動另一個汽缸。大多數往復式引擎今天使用這個技術。汽缸完全封閉來防止蒸汽逃散。一根滑桿通過一根搖臂軸和曲壁將往復運動轉換為旋轉運動。另一個曲壁和軸承用來控制閥門。

假如兩個雙動活塞同時被使用時，一般它們的曲壁的相正好差90度，這樣一個引擎在任何時候都做功。

多脹式蒸汽機
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另一種蒸汽機由多個直徑不斷增大的單動汽缸組成。一般由三個汽缸組成。

從鍋爐出來的高壓蒸汽首先推動第一個和最小的一個活塞。當這個活塞開始回退時一部分擴張的蒸氣被驅入第二個汽缸推動它的活塞，這樣繼續使用在第一個汽缸膨脹的蒸汽。第三個汽缸使用在第二個汽缸中膨脹的蒸汽。

有時人們也使用兩個面積總和與最大的那個活塞的面積相同的小一些的活塞來取代最大的那個活塞，這樣的引擎可以四步工作，比較平穩。

這種蒸汽機尤其對海上的輪船非常重要，因為它的蒸汽在做功的過程中不斷減壓後可以重新進入鍋爐加熱。海上的輪船必須節約用水，因為它可能很長時間無法補充水，而陸上的蒸汽機則可以不斷加水。一直到第二次世界大戰大多數商船都使用這種蒸汽機。1905年以前所有的戰艦也使用這種蒸汽機。缺點是它的效率稍低。

單流蒸汽機

另一種往復式蒸汽機是單流蒸汽機。在這些蒸汽機中閥門由凸輪來控制。汽缸容積最小時入汽閥門打開。然後入汽閥門關閉，蒸汽膨脹。汽缸容積最大時汽缸側面的排氣閥門打開。這些排氣口與凝結腔相連，它們使汽缸內的壓力降低到大氣壓以下。軸承的慣性使活塞重新向上運動。單流蒸汽機總是組成蒸汽機組一起運行。單流蒸汽機入氣口和出氣口的溫度恆定，不象其它蒸汽機那樣不斷變化。

汽輪機

高壓汽輪機由一系列帶有螺旋槳式的槳葉的轉盤組成。這些旋輪與不動的定輪交替，定輪的作用是導引氣流的方向。這樣的蒸汽機比往復蒸汽機要平穩。

旋轉式

旋轉蒸汽機是一種比較新的蒸汽機設計。

【蒸汽機驅動的運輸工具】
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1769年尼古拉·約瑟夫·居紐首次用他的「蒸汽車」展示了自動的蒸汽車的可行性。這輛車可以說是第一輛汽車。這輛車作為運輸工具不太有用，但用來拖農具卻很不錯。

一直到20世紀初蒸汽機汽車依然可以與其它驅動方式的汽車抗衡。今天大多數汽車是用內燃機驅動的。蒸汽機汽車最大的缺點是它至少需要30秒鍾時間來獲得足夠的壓力。

世界上第一列蒸汽機火車是1804年2月21日理查德·特拉維斯克在威爾士展示的。

【優點】
現代蒸汽機的最大的優點是它幾乎可以利用所有的燃料將熱能轉化為機械能。不象內燃機那樣它對其燃料不挑剔。此外沒有蒸汽機的話原子能無法被使用。原子反應堆即不直接產生機械能，又不直接產生電能，原子反應堆實際上只是加熱水，這個水被沸騰後的蒸汽通過蒸汽機來轉化為有用的功。蒸汽不一定需要通過燃燒來產生，比如使用太陽能聚熱器也可以產生蒸汽推動蒸汽機。

另一種有類似優點的小巧的外燃機是斯特林發動機。其缺點是它在許多情況下難以運行。現代的混合動力汽車就是為了彌補這個缺點而設計的。

尤其在高山上蒸汽機機車的優點顯著，因為它們也可以在比較低的氣壓下運行。當南美洲將用柴油-電力機車取代它們的蒸汽機車後這一點就被發現了。在高山上他們不得不使用功率比較高的柴油機車。

在瑞士和奧地利新的齒軌鐵路使用現代的蒸汽機，這些蒸汽機只需要一個人來運行，比起過去的蒸汽機它節省60%的燃料，比起電力機和柴油機它輕50%，因此對齒軌的磨損小得多。在日內瓦湖上也有一艘新的蒸汽機船，它是世界上第一艘遙控的蒸汽機船。

【缺點】

蒸汽機的弱點是：離不開鍋爐，整個裝置既笨重又龐大；新蒸汽的壓力和溫度不能過高，排氣壓力不能過低，熱效率難以提高；它是一種往復式機器，慣性力限制了轉速的提高；工作過程是不連續的，蒸汽的流量受到限制，也就限制了功率的提高。

因此，拋棄了笨重鍋爐的內燃機，最終以其重量輕，體積小、熱效率高和操作靈活等優點，在船舶和機車上逐漸取代了蒸汽機。汽輪機則以其熱效率高、單機功率大、轉速高、單位功率重量輕和運行平穩等優點，將蒸汽機排擠出了電站。

接著電動機又以其使用方便，代替了蒸汽機在工業設備中的應用。然而小功率蒸汽機熱效率比汽輪機高，所以在產煤區或只有劣質燃料的地區或某些特殊場合，蒸汽機仍有發揮作用的餘地。

【歷史作用】

蒸汽機有很大的歷史作用，它曾推動了機械工業甚至社會的發展。隨著它的發展而建立的熱力學和機構學為汽輪機和內燃機的發展奠定了基礎；汽輪機繼承了蒸汽機以蒸汽為工質的特點，和採用凝汽器以降低排汽壓力的優點，摒棄了往復運動和間斷進汽的缺點；內燃機繼承了蒸汽機的基本結構和傳動形式，採用了將燃油直接輸入汽缸內燃燒的方式，形成了熱效率高得多的熱力循環；同時，蒸汽機所採用的汽缸、活塞、飛輪、飛錘調速器，閥門和密封件等，均是構成多種現代機械的基本元件。

『貳』 蒸汽機的發明

1764年，學校請瓦特修理一台紐可門式蒸汽機，在修理的過程中，瓦特熟悉了蒸汽機的構造和原理，並且發現了這種蒸汽機的兩大缺點：活塞動作不連續而且慢；蒸汽利用率低，浪費原料。以後，瓦特開始思考改進的辦法。直到1765年的春天，在一次散步時，瓦特想到，既然紐可門蒸汽機的熱效率低是蒸汽在缸內冷凝造成的，那麼為什麼不能讓蒸汽在缸外冷凝呢？瓦特產生了採用分離冷凝器的最初設想。
在產生這種設想以後，瓦特在同年設計了一種帶有分離冷凝器的蒸汽機。按照設計，冷凝器與汽缸之間有一個調節閥門相連，使他們既能連通又能分開。這樣，既能把做工後的蒸汽引入汽缸外的冷凝器，又可以使汽缸內產生同樣的真空，避免了汽缸在一冷一熱過程中熱量的消耗，據瓦特理論計算，這種新的蒸汽機的熱效率將是紐可門蒸汽機的三倍。從理論上說，瓦特的這種帶有分離器冷凝器的蒸汽機顯然優於紐可門蒸汽機，但是，要把理論上的東西變為實際上的東西，把圖紙上的蒸汽機變為實在的蒸汽機，還要走很長的路。瓦特辛辛苦苦造出了幾台蒸汽機，但效果反而不如紐可門蒸汽機，甚至四處漏氣，無法開動。盡管耗資巨大的試驗使他債台高築，但他沒有在困難面前怯步，繼續進行試驗。當布萊克知道瓦特的奮斗目標和困難處境時，他把瓦特介紹給了自己一個十分富有的朋友--化工技師羅巴克。當時羅巴克是一個十分富有的企業家，他在蘇格蘭的卡隆開辦了第一座規模較大的煉鐵廠。雖然當時羅巴克已近50歲，但對科學技術的新發明仍然傾注著極大的熱情。他對當時只有三十來歲的瓦特的新裝置很是贊許，當即與瓦特簽訂合同，贊助瓦特進行新式蒸汽機的試制。
從1766年開始，在三年多的時間里，瓦特克服了在材料和工藝等各方面的困難，終於在1769年制出了第一台樣機。同年，瓦特因發明冷凝器而獲得他在革新紐可門蒸汽機的過程中的第一項專利。第一台帶有冷凝器的蒸汽機雖然試製成功了，但它同紐可門蒸汽機相比，除了熱效率有顯著提高外，在作為動力機來帶動其他工作機的性能方面仍未取得實質性進展。就是說，瓦特的這種蒸汽機還是無法作為真正的動力機。

『叄』 蒸汽機是誰發明的

蒸汽機的發明和運用

18世紀40年代的一個寒冷冬天，在蘇格蘭格林洛克鎮的一座房子里，一個小男孩正站在熊熊爐火面前，對著一隻沸騰的開水壺出神，他怔怔地看著白色水蒸氣從壺嘴和壺蓋開縫的地方不斷噴出，壺蓋被頂起又落下，發出有節奏的「嗒、嗒」聲，百思不得其解。這時他的奶奶走了進來，他連忙迎上去問道：「奶奶，水怎麼會把壺蓋頂起來呢?」「傻孩子，水開了，就有許多氣冒出來，是氣把蓋子頂起來的呀。」「哦，氣的力量真大呀!」小男孩若有所思地閃了閃眼睛。這個愛思考問題的小男孩，名叫詹姆士·瓦特，後來成為人類第一台具有實用價值的蒸汽機的發明者，並開創了人類的一個新時代——蒸氣時代。

瓦特出生於1736年1月19日。他的父親是一名造船工匠，並且經營各種海運，有一個修理廠。其母是一位有著豐富知識的家庭婦女。瓦特生來體弱，性格孤僻，經常請假不能正常上學，因此，功課也不是很好。但他的求知慾非常強烈，特別喜歡幾何學。由於身體不好，瓦特中學沒有畢業，就退學回到家中自學。瓦特後到父親的工廠里學習技術，操作各種工具。經過幾年的磨煉，他先後學會了木工、金屬冶煉和加工、機械製造、儀器修理等多種工藝，為後來的發明打下了堅實的基礎。

1753年，瓦特的父親經商失敗，接著母親去世，家中一貧如洗。17歲的瓦特被迫外出謀生，到格拉斯哥一家鍾錶店當學徒。兩年後又到達倫敦，在著名機械師摩爾根門下為徒。1756年，他回到了蘇格蘭，瓦特本想自己開業製造器械，但是由於他的學徒年限不夠，不符合市政當局的要求，只得經朋友介紹，在市政當局管轄的格拉斯哥大學當了一名修理教學儀器的工人。不久，一位商人向格拉斯哥大學捐贈了一大批天文儀器，但很破舊，不能正常運轉。瓦特主動承擔了修理這些儀器的任務，並很快修復了。一位教授由衷地稱贊道：瓦特是一個機械知識豐富，非常機敏和具有過人才能的年輕人。

1763年，又有人給格拉斯哥大學送來了一台損壞了的蒸汽機模型。瓦特被指派為全權負責修理，讓這台機器發動起來，供學生做實驗用。誰也沒有想到這竟成為瓦特在人類歷史上留下偉大功績的開端。

『肆』 蒸汽機的發明人

詹姆斯·瓦特

『伍』 蒸汽機的發明過程

1764年，學校請瓦特修理一台紐可門式蒸汽機，在修理的過程中，瓦特熟悉了蒸汽機的構造和原理，並且發現了這種蒸汽機的兩大缺點：活塞動作不連續而且慢；蒸汽利用率低，浪費原料。以後，瓦特開始思考改進的辦法。直到1765年的春天，在一次散步時，瓦特想到，既然紐可門蒸汽機的熱效率低是蒸汽在缸內冷凝造成的，那麼為什麼不能讓蒸汽在缸外冷凝呢？瓦特產生了採用分離冷凝器的最初設想。
在產生這種設想以後，瓦特在同年設計了一種帶有分離冷凝器的蒸汽機。按照設計，冷凝器與汽缸之間有一個調節閥門相連，使他們既能連通又能分開。這樣，既能把做工後的蒸汽引入汽缸外的冷凝器，又可以使汽缸內產生同樣的真空，避免了汽缸在一冷一熱過程中熱量的消耗，據瓦特理論計算，這種新的蒸汽機的熱效率將是紐可門蒸汽機的三倍。
從理論上說，瓦特的這種帶有分離器冷凝器的蒸汽機顯然優於紐可門蒸汽機，但是，要把理論上的東西變為實際上的東西，把圖紙上的蒸汽機變為實在的蒸汽機，還要走很長的路。瓦特辛辛苦苦造出了幾台蒸汽機，但效果反而不如紐可門蒸汽機，甚至四處漏氣，無法開動。盡管耗資巨大的試驗使他債台高築，但他沒有在困難面前怯步，繼續進行試驗。當布萊克知道瓦特的奮斗目標和困難處境時，他把瓦特介紹給了自己一個十分富有的朋友--化工技師羅巴克。當時羅巴克是一個十分富有的企業家，他在蘇格蘭的卡隆開辦了第一座規模較大的煉鐵廠。雖然當時羅巴克已近50歲，但對科學技術的新發明仍然傾注著極大的熱情。他對當時只有三十來歲的瓦特的新裝置很是贊許，當即與瓦特簽訂合同，贊助瓦特進行新式蒸汽機的試制。
從1766年開始，在三年多的時間里，瓦特克服了在材料和工藝等各方面的困難，終於在1769年制出了第一台樣機。同年，瓦特因發明冷凝器而獲得他在革新紐可門蒸汽機的過程中的第一項專利。第一台帶有冷凝器的蒸汽機雖然試製成功了，但它同紐可門蒸汽機相比，除了熱效率有顯著提高外，在作為動力機來帶動其他工作機的性能方面仍未取得實質性進展。就是說，瓦特的這種蒸汽機還是無法作為真正的動力機。

『陸』 從18世紀蒸汽機的發明開始,短短幾年,人類經歷了三次技術革命

第一次工業革命可以算是「蒸汽時代」。瓦特1765年改進、發明了設有與汽缸壁分開的凝汽器的蒸汽機，並於1769年取得專利，1776年在船舶上採用蒸汽機作為推進動力。
第二次工業革命可以算是「電力時代」。1831年，法拉第制出了世界上最早的第一台發電機。1866年德國人西門子製成世界上第一台工業用發電機，標志著電力開始在工業生活中大規模應用。
第三次革命可以算是「信息時代」。從1946年美國發明第一台計算機開始，直到互聯網時代，人類信息化一直在加快，從來沒結束。
綜上所述，可以算是170年，也可以算是2個世紀

『柒』 蒸汽機發明的故事是什麼

蒸汽機發明的故事：

1736年1月19日，在英國造船業中心蘇格蘭格拉斯哥市附近的一個小鎮格林諾克，詹姆斯·瓦特出生了。

瓦特的父親是一個熟練的造船裝配工人。瓦特從小體弱多病，不能按時入學，只能在家接受父母的啟蒙教育。瓦特從小就善於觀察事物，勤於思考，更喜歡自己動手。碰到一些問題，他常常冥思苦想，如醉如痴，往往被人誤解，在學校時，有的同學叫他「神經質的獃子」。

瓦特很喜歡幾何學，有一次家裡來了一位客人，看見瓦特蹲在地上，用粉筆東劃西劃，不去上學，就以為瓦特是個「不肯上進的孩子」，父親笑著讓客人細看，原來小瓦特正在解一道幾何難題。

後來，瓦特進了格林諾克的文法學校，數學成績特別優秀。由於身體不好，沒有畢業就退學，繼續在家裡自學，15歲時，他自學完成了《物理學原理》等書籍。

他經常到父親的工廠去，動手操作機器，製作各種機械模型，修理航海儀器，進行化學和電學實驗。經過幾年努力，他獲得豐富的木工、金屬冶煉的加工等工藝技術，為後來的發明創造打下基礎。一次，他和姨媽坐在爐子旁，恰巧爐上壺里的水開了，壺蓋在蒸汽的推動下發出了聲響，這一現象引起他極大的興趣。他不起身灌開水，卻死死地盯著被蒸汽掀起的壺蓋。姨媽莫名其妙，還責怪他是個「懶孩子」。就是這一常見的現象激發了瓦特的想像和探索，使他逐漸悟出了這一現象的科學原理，促成了他的偉大的發明。

1753年，父親經商破產，家裡一貧如洗，他只能到格拉斯哥一家鍾錶店裡去學手藝。

1755年，他去倫敦，給有名的機械師摩爾根當學徒。由於瓦特刻苦學習，不久就能製造難度較高的象限儀、羅盤和經緯儀等儀器。

剛滿20歲的瓦特由於患嚴重的風濕病，勞累過度而病倒了，只好回家休養。身體稍有好轉，他又去格拉斯哥，想以儀器修造者的身份開業，但因學手藝沒有滿師，當地行會不準他開業。

1757年，經朋友介紹，瓦特進格拉斯哥大學當了修理教學儀器的工人。這所學校儀器設備較完善，這使他在修理儀器的實踐中掌握了先進技術，開闊了眼界。

在大學里，他認識了化學家約瑟夫·布萊克和約翰·魯賓遜，並從他們那兒學到不少科學理論知識。他們3人對改進蒸汽機都頗有興趣，經常聚在一起，熱烈討論。

1764年，格拉斯哥大學的一台紐可門蒸汽機的教學模型壞了，讓瓦特來修理，瓦特不但很快地修好了這台模型，而且對這台最先進的蒸汽機作了深入研究。

他向布萊克等人請教，終於找到紐可門蒸汽機耗煤量大，效率低的原因。原來在紐可門蒸汽機中，蒸汽在汽缸中膨脹做功，又在缸中冷凝，汽缸一會兒加熱、一會兒冷卻，因此浪費很多的熱量。

1765年5月，瓦特找到解決問題的途徑：在汽缸外面，單獨設置一個蒸汽冷凝器。他立即租了一間地下室，借資金來進行試制。

他和幾個助手夜以繼日地試驗，經過無數次的試驗，終於在1768年製造出一種能夠運轉的蒸汽機。

1769年1月5日，他申請專利獲得批准。這台單動作蒸汽機，採用了各種新措施，如：用油來潤滑活塞，在汽缸外設置絕熱層等。

結果它的耗煤量大大降低，只是紐可門蒸汽機的1/4，動作又比紐可門蒸汽機迅速、靈活。

一些本來因為排水困難要關閉的煤礦，使用瓦特的「單動作蒸汽機」後，生產很快得到恢復。

1782年，他又得到「雙動作蒸汽機」的專利。1784年，他在他的一份專利里提出「平行連桿機構」，有了它，蒸汽機具有更廣泛的實用性。

4年後，瓦特發明離心調速器和節氣閥；1790年，他又完成汽缸示功器的發明。至此，瓦特才算完成了對蒸汽機的整個發明過程。到19世紀30~40年代，蒸汽機已在全世界廣泛應用，正式進入了「蒸汽時代」。

瓦特由此成了伯明翰太陰學會的成員。1785年被選為倫敦皇家學會會員，1806年被授予格拉斯哥大學法學博士頭銜，1814年被接收為法國科學家學會的國外會員。

瓦特除了蒸汽機的發明外，還發明一種液體比重計，一種信件復印機，最先提議用螺旋槳來推進輪船，第一個採用「馬力」作為功率的單位。

蒸汽機的發明對於19世紀歐洲的工業革命起了巨大的促進作用。後人為紀念這位偉大的發明家，把功率單位定名為「瓦特」。