从蒸汽机的发明和

『壹』 蒸汽机的发明和应用

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。

【发明历史】
世界上第一台蒸汽机是古希腊的亚历山大利亚城的希罗于1世纪发明的风光管，不过它只不过是一个玩具而已。

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，如英国的帕潘、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。

1764年，英国的仪器修理工詹姆斯·瓦特为格拉斯哥大学修理纽可门蒸汽机模型时，注意到了这一缺点，并于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。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。

1782年前后，瓦特将机器进一步改进，完成了两项重要发明：在活寒工作行程的中途，关闭进汽阀，使蒸汽膨胀作功以提高热效率；使蒸汽在活塞两面都作功(双作用式)，以提高输出功率。这时的活塞既要向下拉动杠杆又要向上推动杠杆，扇形平衡杠杆和拉链已不再适用，瓦特使发明了平行四边形机构。瓦特还于18世纪末将曲柄连杆机构用在蒸汽机上。

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“克莱蒙脱”号。此后，蒸汽机在船舶上作为推进动力历百余年之久。

1801年，英国的特里维西克提出了可移动的蒸汽机的概念，1803年，这种利用轨道的可移动蒸汽机首先在煤矿区出现，这就是机车的雏型。英国的斯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。

【原理】

蒸汽机按蒸汽在活塞一侧或两侧工作，可分为单作用和双作用式；按汽缸布置方式，可分为立和卧式；按蒸汽是在一个汽缸中膨胀或依次连续在多个汽缸中膨胀，可分为单胀式和多胀式；按蒸汽在汽缸中的流向，可分为回流式和单流式；按排汽方式和排汽压力可分为凝汽式、大气式和背压式。

简单蒸汽机主要由汽缸、底座、活塞、曲柄连杆机构、滑阀配汽机构、调速机构和飞轮等部分组成，汽缸和底座是静止部分。从锅炉来的新蒸汽，经主汽阀和节流阀进入滑阀室，受滑阀控制交替地进入汽缸的左侧或右侧，推动活塞运动。

蒸汽机的发展首先体现在功率和效率的提高，而这又主要取决于蒸汽参数的提高。初期蒸汽机的蒸汽压力仅为0.11～0.13兆帕，19世纪初才达到0.35～0.7兆帕，20世纪20年代曾用到6～10兆帕。在蒸汽温度上，19世纪末还不超过250℃，而到20世纪30年代曾用到450～480℃。

至于效率，瓦特初期连续运转的蒸汽机，按燃料热值计总效率不超过3％；到1840年，最好的凝汽式蒸汽机总效率可达8％；到20世纪，蒸汽机最高效率可达到20％以上。

在转速方面，18世纪末瓦特蒸汽机仅40～50转/分；20世纪初转速达到100～300转/分，个别蒸汽机曾达到2500转/分。在功率方面，最初单机功率仅几马力，20世纪初的一台船用蒸汽机的功率可达25000马力。

随着蒸汽参数和功率的提高，蒸汽已不可能在一个汽缸中继续膨胀，还必须在相连接的汽缸中继续膨胀，于是出现了多级膨胀的蒸汽机。蒸汽机因受到润滑油闪点的限制，所用蒸汽的最高温度一般都不超过400℃，机车，船用等移动式蒸汽机还略低一些，多数不高于350℃。考虑到膨胀的可能性和结构的经济性，常用压力在2.5兆帕以下。蒸汽参数受到限制，从而也限制了蒸汽机功率的进一步提高。

蒸汽机的出现和改进促进了社会经济的发展，但同时经济的发展反过来又向蒸汽机提出了更高的要求，如要求蒸汽机功率大、效率高、重量轻、尺寸小等。尽管人们对蒸汽机作过许多改进，不断扩大它的使用范围和改善它的性能，但是随着汽轮机和内燃机的发展，蒸汽机因存在不可克服的弱点而逐渐衰落。

【技术】
锅炉
锅炉分两种：
火管造型被用在早期的船只和蒸汽机车的锅炉中。在火管式锅炉中，从燃烧室出来的热烟通过烟道由烟囱排出。这种锅炉需要一个比较高的烟囱。

水管造型的水由热气通过多个管道加热。这些管道在交换器的顶部流入一个蒸汽集合腔。水管锅炉的一个重要优点是它在破坏时造成的危险比较小，原因是因为锅炉里的水的量比较小，此外锅炉里没有多少会被磨损的运动的机械组成部分，一些水管锅炉在排烟道上还有一个热交换器来提高整个锅炉的热效率。

【引擎】

高压蒸汽机引擎有多种造型，但最主要的是往复活塞和汽轮机。

往复式
双动
带压蒸汽技术被发明后下一个重要的改进是使用双动活塞，带压蒸汽在一个汽缸压力降低到普通大气压或在其凝结过程中可以推动另一个汽缸。大多数往复式引擎今天使用这个技术。汽缸完全封闭来防止蒸汽逃散。一根滑杆通过一根摇臂轴和曲壁将往复运动转换为旋转运动。另一个曲壁和轴承用来控制阀门。

假如两个双动活塞同时被使用时，一般它们的曲壁的相正好差90度，这样一个引擎在任何时候都做功。

多胀式蒸汽机
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另一种蒸汽机由多个直径不断增大的单动汽缸组成。一般由三个汽缸组成。

从锅炉出来的高压蒸汽首先推动第一个和最小的一个活塞。当这个活塞开始回退时一部分扩张的蒸气被驱入第二个汽缸推动它的活塞，这样继续使用在第一个汽缸膨胀的蒸汽。第三个汽缸使用在第二个汽缸中膨胀的蒸汽。

有时人们也使用两个面积总和与最大的那个活塞的面积相同的小一些的活塞来取代最大的那个活塞，这样的引擎可以四步工作，比较平稳。

这种蒸汽机尤其对海上的轮船非常重要，因为它的蒸汽在做功的过程中不断减压后可以重新进入锅炉加热。海上的轮船必须节约用水，因为它可能很长时间无法补充水，而陆上的蒸汽机则可以不断加水。一直到第二次世界大战大多数商船都使用这种蒸汽机。1905年以前所有的战舰也使用这种蒸汽机。缺点是它的效率稍低。

单流蒸汽机

另一种往复式蒸汽机是单流蒸汽机。在这些蒸汽机中阀门由凸轮来控制。汽缸容积最小时入汽阀门打开。然后入汽阀门关闭，蒸汽膨胀。汽缸容积最大时汽缸侧面的排气阀门打开。这些排气口与凝结腔相连，它们使汽缸内的压力降低到大气压以下。轴承的惯性使活塞重新向上运动。单流蒸汽机总是组成蒸汽机组一起运行。单流蒸汽机入气口和出气口的温度恒定，不象其它蒸汽机那样不断变化。

汽轮机

高压汽轮机由一系列带有螺旋桨式的桨叶的转盘组成。这些旋轮与不动的定轮交替，定轮的作用是导引气流的方向。这样的蒸汽机比往复蒸汽机要平稳。

旋转式

旋转蒸汽机是一种比较新的蒸汽机设计。

【蒸汽机驱动的运输工具】
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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。

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。

【优点】
现代蒸汽机的最大的优点是它几乎可以利用所有的燃料将热能转化为机械能。不象内燃机那样它对其燃料不挑剔。此外没有蒸汽机的话原子能无法被使用。原子反应堆即不直接产生机械能，又不直接产生电能，原子反应堆实际上只是加热水，这个水被沸腾后的蒸汽通过蒸汽机来转化为有用的功。蒸汽不一定需要通过燃烧来产生，比如使用太阳能聚热器也可以产生蒸汽推动蒸汽机。

另一种有类似优点的小巧的外燃机是斯特林发动机。其缺点是它在许多情况下难以运行。现代的混合动力汽车就是为了弥补这个缺点而设计的。

尤其在高山上蒸汽机机车的优点显著，因为它们也可以在比较低的气压下运行。当南美洲将用柴油-电力机车取代它们的蒸汽机车后这一点就被发现了。在高山上他们不得不使用功率比较高的柴油机车。

在瑞士和奥地利新的齿轨铁路使用现代的蒸汽机，这些蒸汽机只需要一个人来运行，比起过去的蒸汽机它节省60%的燃料，比起电力机和柴油机它轻50%，因此对齿轨的磨损小得多。在日内瓦湖上也有一艘新的蒸汽机船，它是世界上第一艘遥控的蒸汽机船。

【缺点】

蒸汽机的弱点是：离不开锅炉，整个装置既笨重又庞大；新蒸汽的压力和温度不能过高，排气压力不能过低，热效率难以提高；它是一种往复式机器，惯性力限制了转速的提高；工作过程是不连续的，蒸汽的流量受到限制，也就限制了功率的提高。

因此，抛弃了笨重锅炉的内燃机，最终以其重量轻，体积小、热效率高和操作灵活等优点，在船舶和机车上逐渐取代了蒸汽机。汽轮机则以其热效率高、单机功率大、转速高、单位功率重量轻和运行平稳等优点，将蒸汽机排挤出了电站。

接着电动机又以其使用方便，代替了蒸汽机在工业设备中的应用。然而小功率蒸汽机热效率比汽轮机高，所以在产煤区或只有劣质燃料的地区或某些特殊场合，蒸汽机仍有发挥作用的余地。

【历史作用】

蒸汽机有很大的历史作用，它曾推动了机械工业甚至社会的发展。随着它的发展而建立的热力学和机构学为汽轮机和内燃机的发展奠定了基础；汽轮机继承了蒸汽机以蒸汽为工质的特点，和采用凝汽器以降低排汽压力的优点，摒弃了往复运动和间断进汽的缺点；内燃机继承了蒸汽机的基本结构和传动形式，采用了将燃油直接输入汽缸内燃烧的方式，形成了热效率高得多的热力循环；同时，蒸汽机所采用的汽缸、活塞、飞轮、飞锤调速器，阀门和密封件等，均是构成多种现代机械的基本元件。

『贰』 蒸汽机的发明

1764年，学校请瓦特修理一台纽可门式蒸汽机，在修理的过程中，瓦特熟悉了蒸汽机的构造和原理，并且发现了这种蒸汽机的两大缺点：活塞动作不连续而且慢；蒸汽利用率低，浪费原料。以后，瓦特开始思考改进的办法。直到1765年的春天，在一次散步时，瓦特想到，既然纽可门蒸汽机的热效率低是蒸汽在缸内冷凝造成的，那么为什么不能让蒸汽在缸外冷凝呢？瓦特产生了采用分离冷凝器的最初设想。
在产生这种设想以后，瓦特在同年设计了一种带有分离冷凝器的蒸汽机。按照设计，冷凝器与汽缸之间有一个调节阀门相连，使他们既能连通又能分开。这样，既能把做工后的蒸汽引入汽缸外的冷凝器，又可以使汽缸内产生同样的真空，避免了汽缸在一冷一热过程中热量的消耗，据瓦特理论计算，这种新的蒸汽机的热效率将是纽可门蒸汽机的三倍。从理论上说，瓦特的这种带有分离器冷凝器的蒸汽机显然优于纽可门蒸汽机，但是，要把理论上的东西变为实际上的东西，把图纸上的蒸汽机变为实在的蒸汽机，还要走很长的路。瓦特辛辛苦苦造出了几台蒸汽机，但效果反而不如纽可门蒸汽机，甚至四处漏气，无法开动。尽管耗资巨大的试验使他债台高筑，但他没有在困难面前怯步，继续进行试验。当布莱克知道瓦特的奋斗目标和困难处境时，他把瓦特介绍给了自己一个十分富有的朋友--化工技师罗巴克。当时罗巴克是一个十分富有的企业家，他在苏格兰的卡隆开办了第一座规模较大的炼铁厂。虽然当时罗巴克已近50岁，但对科学技术的新发明仍然倾注着极大的热情。他对当时只有三十来岁的瓦特的新装置很是赞许，当即与瓦特签订合同，赞助瓦特进行新式蒸汽机的试制。
从1766年开始，在三年多的时间里，瓦特克服了在材料和工艺等各方面的困难，终于在1769年制出了第一台样机。同年，瓦特因发明冷凝器而获得他在革新纽可门蒸汽机的过程中的第一项专利。第一台带有冷凝器的蒸汽机虽然试制成功了，但它同纽可门蒸汽机相比，除了热效率有显著提高外，在作为动力机来带动其他工作机的性能方面仍未取得实质性进展。就是说，瓦特的这种蒸汽机还是无法作为真正的动力机。

『叁』 蒸汽机是谁发明的

蒸汽机的发明和运用

18世纪40年代的一个寒冷冬天，在苏格兰格林洛克镇的一座房子里，一个小男孩正站在熊熊炉火面前，对着一只沸腾的开水壶出神，他怔怔地看着白色水蒸气从壶嘴和壶盖开缝的地方不断喷出，壶盖被顶起又落下，发出有节奏的“嗒、嗒”声，百思不得其解。这时他的奶奶走了进来，他连忙迎上去问道：“奶奶，水怎么会把壶盖顶起来呢?”“傻孩子，水开了，就有许多气冒出来，是气把盖子顶起来的呀。”“哦，气的力量真大呀!”小男孩若有所思地闪了闪眼睛。这个爱思考问题的小男孩，名叫詹姆士·瓦特，后来成为人类第一台具有实用价值的蒸汽机的发明者，并开创了人类的一个新时代——蒸气时代。

瓦特出生于1736年1月19日。他的父亲是一名造船工匠，并且经营各种海运，有一个修理厂。其母是一位有着丰富知识的家庭妇女。瓦特生来体弱，性格孤僻，经常请假不能正常上学，因此，功课也不是很好。但他的求知欲非常强烈，特别喜欢几何学。由于身体不好，瓦特中学没有毕业，就退学回到家中自学。瓦特后到父亲的工厂里学习技术，操作各种工具。经过几年的磨炼，他先后学会了木工、金属冶炼和加工、机械制造、仪器修理等多种工艺，为后来的发明打下了坚实的基础。

1753年，瓦特的父亲经商失败，接着母亲去世，家中一贫如洗。17岁的瓦特被迫外出谋生，到格拉斯哥一家钟表店当学徒。两年后又到达伦敦，在著名机械师摩尔根门下为徒。1756年，他回到了苏格兰，瓦特本想自己开业制造器械，但是由于他的学徒年限不够，不符合市政当局的要求，只得经朋友介绍，在市政当局管辖的格拉斯哥大学当了一名修理教学仪器的工人。不久，一位商人向格拉斯哥大学捐赠了一大批天文仪器，但很破旧，不能正常运转。瓦特主动承担了修理这些仪器的任务，并很快修复了。一位教授由衷地称赞道：瓦特是一个机械知识丰富，非常机敏和具有过人才能的年轻人。

1763年，又有人给格拉斯哥大学送来了一台损坏了的蒸汽机模型。瓦特被指派为全权负责修理，让这台机器发动起来，供学生做实验用。谁也没有想到这竟成为瓦特在人类历史上留下伟大功绩的开端。

『肆』 蒸汽机的发明人

詹姆斯·瓦特

『伍』 蒸汽机的发明过程

1764年，学校请瓦特修理一台纽可门式蒸汽机，在修理的过程中，瓦特熟悉了蒸汽机的构造和原理，并且发现了这种蒸汽机的两大缺点：活塞动作不连续而且慢；蒸汽利用率低，浪费原料。以后，瓦特开始思考改进的办法。直到1765年的春天，在一次散步时，瓦特想到，既然纽可门蒸汽机的热效率低是蒸汽在缸内冷凝造成的，那么为什么不能让蒸汽在缸外冷凝呢？瓦特产生了采用分离冷凝器的最初设想。
在产生这种设想以后，瓦特在同年设计了一种带有分离冷凝器的蒸汽机。按照设计，冷凝器与汽缸之间有一个调节阀门相连，使他们既能连通又能分开。这样，既能把做工后的蒸汽引入汽缸外的冷凝器，又可以使汽缸内产生同样的真空，避免了汽缸在一冷一热过程中热量的消耗，据瓦特理论计算，这种新的蒸汽机的热效率将是纽可门蒸汽机的三倍。
从理论上说，瓦特的这种带有分离器冷凝器的蒸汽机显然优于纽可门蒸汽机，但是，要把理论上的东西变为实际上的东西，把图纸上的蒸汽机变为实在的蒸汽机，还要走很长的路。瓦特辛辛苦苦造出了几台蒸汽机，但效果反而不如纽可门蒸汽机，甚至四处漏气，无法开动。尽管耗资巨大的试验使他债台高筑，但他没有在困难面前怯步，继续进行试验。当布莱克知道瓦特的奋斗目标和困难处境时，他把瓦特介绍给了自己一个十分富有的朋友--化工技师罗巴克。当时罗巴克是一个十分富有的企业家，他在苏格兰的卡隆开办了第一座规模较大的炼铁厂。虽然当时罗巴克已近50岁，但对科学技术的新发明仍然倾注着极大的热情。他对当时只有三十来岁的瓦特的新装置很是赞许，当即与瓦特签订合同，赞助瓦特进行新式蒸汽机的试制。
从1766年开始，在三年多的时间里，瓦特克服了在材料和工艺等各方面的困难，终于在1769年制出了第一台样机。同年，瓦特因发明冷凝器而获得他在革新纽可门蒸汽机的过程中的第一项专利。第一台带有冷凝器的蒸汽机虽然试制成功了，但它同纽可门蒸汽机相比，除了热效率有显著提高外，在作为动力机来带动其他工作机的性能方面仍未取得实质性进展。就是说，瓦特的这种蒸汽机还是无法作为真正的动力机。

『陆』 从18世纪蒸汽机的发明开始,短短几年,人类经历了三次技术革命

第一次工业革命可以算是“蒸汽时代”。瓦特1765年改进、发明了设有与汽缸壁分开的凝汽器的蒸汽机，并于1769年取得专利，1776年在船舶上采用蒸汽机作为推进动力。
第二次工业革命可以算是“电力时代”。1831年，法拉第制出了世界上最早的第一台发电机。1866年德国人西门子制成世界上第一台工业用发电机，标志着电力开始在工业生活中大规模应用。
第三次革命可以算是“信息时代”。从1946年美国发明第一台计算机开始，直到互联网时代，人类信息化一直在加快，从来没结束。
综上所述，可以算是170年，也可以算是2个世纪

『柒』 蒸汽机发明的故事是什么

蒸汽机发明的故事：

1736年1月19日，在英国造船业中心苏格兰格拉斯哥市附近的一个小镇格林诺克，詹姆斯·瓦特出生了。

瓦特的父亲是一个熟练的造船装配工人。瓦特从小体弱多病，不能按时入学，只能在家接受父母的启蒙教育。瓦特从小就善于观察事物，勤于思考，更喜欢自己动手。碰到一些问题，他常常冥思苦想，如醉如痴，往往被人误解，在学校时，有的同学叫他“神经质的呆子”。

瓦特很喜欢几何学，有一次家里来了一位客人，看见瓦特蹲在地上，用粉笔东划西划，不去上学，就以为瓦特是个“不肯上进的孩子”，父亲笑着让客人细看，原来小瓦特正在解一道几何难题。

后来，瓦特进了格林诺克的文法学校，数学成绩特别优秀。由于身体不好，没有毕业就退学，继续在家里自学，15岁时，他自学完成了《物理学原理》等书籍。

他经常到父亲的工厂去，动手操作机器，制作各种机械模型，修理航海仪器，进行化学和电学实验。经过几年努力，他获得丰富的木工、金属冶炼的加工等工艺技术，为后来的发明创造打下基础。一次，他和姨妈坐在炉子旁，恰巧炉上壶里的水开了，壶盖在蒸汽的推动下发出了声响，这一现象引起他极大的兴趣。他不起身灌开水，却死死地盯着被蒸汽掀起的壶盖。姨妈莫名其妙，还责怪他是个“懒孩子”。就是这一常见的现象激发了瓦特的想象和探索，使他逐渐悟出了这一现象的科学原理，促成了他的伟大的发明。

1753年，父亲经商破产，家里一贫如洗，他只能到格拉斯哥一家钟表店里去学手艺。

1755年，他去伦敦，给有名的机械师摩尔根当学徒。由于瓦特刻苦学习，不久就能制造难度较高的象限仪、罗盘和经纬仪等仪器。

刚满20岁的瓦特由于患严重的风湿病，劳累过度而病倒了，只好回家休养。身体稍有好转，他又去格拉斯哥，想以仪器修造者的身份开业，但因学手艺没有满师，当地行会不准他开业。

1757年，经朋友介绍，瓦特进格拉斯哥大学当了修理教学仪器的工人。这所学校仪器设备较完善，这使他在修理仪器的实践中掌握了先进技术，开阔了眼界。

在大学里，他认识了化学家约瑟夫·布莱克和约翰·鲁宾逊，并从他们那儿学到不少科学理论知识。他们3人对改进蒸汽机都颇有兴趣，经常聚在一起，热烈讨论。

1764年，格拉斯哥大学的一台纽可门蒸汽机的教学模型坏了，让瓦特来修理，瓦特不但很快地修好了这台模型，而且对这台最先进的蒸汽机作了深入研究。

他向布莱克等人请教，终于找到纽可门蒸汽机耗煤量大，效率低的原因。原来在纽可门蒸汽机中，蒸汽在汽缸中膨胀做功，又在缸中冷凝，汽缸一会儿加热、一会儿冷却，因此浪费很多的热量。

1765年5月，瓦特找到解决问题的途径：在汽缸外面，单独设置一个蒸汽冷凝器。他立即租了一间地下室，借资金来进行试制。

他和几个助手夜以继日地试验，经过无数次的试验，终于在1768年制造出一种能够运转的蒸汽机。

1769年1月5日，他申请专利获得批准。这台单动作蒸汽机，采用了各种新措施，如：用油来润滑活塞，在汽缸外设置绝热层等。

结果它的耗煤量大大降低，只是纽可门蒸汽机的1/4，动作又比纽可门蒸汽机迅速、灵活。

一些本来因为排水困难要关闭的煤矿，使用瓦特的“单动作蒸汽机”后，生产很快得到恢复。

1782年，他又得到“双动作蒸汽机”的专利。1784年，他在他的一份专利里提出“平行连杆机构”，有了它，蒸汽机具有更广泛的实用性。

4年后，瓦特发明离心调速器和节气阀；1790年，他又完成汽缸示功器的发明。至此，瓦特才算完成了对蒸汽机的整个发明过程。到19世纪30~40年代，蒸汽机已在全世界广泛应用，正式进入了“蒸汽时代”。

瓦特由此成了伯明翰太阴学会的成员。1785年被选为伦敦皇家学会会员，1806年被授予格拉斯哥大学法学博士头衔，1814年被接收为法国科学家学会的国外会员。

瓦特除了蒸汽机的发明外，还发明一种液体比重计，一种信件复印机，最先提议用螺旋桨来推进轮船，第一个采用“马力”作为功率的单位。

蒸汽机的发明对于19世纪欧洲的工业革命起了巨大的促进作用。后人为纪念这位伟大的发明家，把功率单位定名为“瓦特”。