許多人都認(rèn)為詹姆士、瓦特（James Watt）發(fā)明了蒸汽機(jī)，但這不是事實(shí)。蒸汽機(jī)不是瓦特發(fā)明的，然而瓦特在改良蒸汽機(jī)的過程中，確曾作出最重要的貢獻(xiàn)。

近代比較像樣的蒸汽機(jī)，可以從17世紀(jì)晚期湯姆士、塞維利（Thomas Savery）設(shè)計(jì)的蒸汽機(jī)談起。起初的這具蒸汽機(jī)，利用封閉容器中的水蒸汽，將煤礦中的積水排出，接著冷卻該封閉容器，在容器中形成低壓狀態(tài)，以便再度使礦坑中的積水進(jìn)入該容器中，重復(fù)這樣的過程就能發(fā)揮抽水的功能。

1712年湯姆士、紐科門（Thomas Newcomen）改進(jìn)了塞維利的設(shè)計(jì)，利用壓力較大的蒸汽推動(dòng)汽缸中的活塞，接著冷卻汽缸，形成低壓的狀態(tài)而推回活塞，這活塞再經(jīng)過連桿拉動(dòng)抽水裝置，可以抽出更深的礦井積水。

紐科門蒸汽機(jī)可以說得上是瓦特蒸汽機(jī)的前身。1763年瓦特在格拉斯古大學(xué)（Glasgow University）修理紐科門蒸汽機(jī)，發(fā)現(xiàn)了紐科門蒸汽機(jī)有許多缺點(diǎn)。瓦特首先將冷卻蒸汽的過程改放在另外的冷凝器中進(jìn)行，大大提高了使用熱能的效率，并在往后三十年間持續(xù)改良蒸汽機(jī)，發(fā)展出有曲柄、飛輪的往復(fù)式蒸汽機(jī)。

往復(fù)式蒸汽機(jī)構(gòu)造精巧，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)各部零件一起連動(dòng)，力與美的結(jié)合相當(dāng)引人入勝。在課堂上演示一具主要活動(dòng)零件 （包括活塞、氣閥等）均可透視的透明蒸汽機(jī)（見圖1），一定可以調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。這具蒸汽機(jī)的汽缸是玻璃制的，活塞則用厚紙板制成，分流盒的部分構(gòu)造則以透明壓克力包覆，務(wù)求內(nèi)部構(gòu)造一目了然（見圖2），凸顯和協(xié)律動(dòng)之美。為了安全和維修方便起見，這具蒸汽機(jī)不用蒸汽推動(dòng)，而改用空氣推動(dòng)。在這具透明蒸汽機(jī)的蒸汽出口處接上吸塵器，則大氣從進(jìn)口灌入蒸汽機(jī)中，就像水蒸汽灌入蒸汽機(jī)一樣，也能驅(qū)動(dòng)這具用不同材料拼湊起來的蒸汽機(jī)快速運(yùn)轉(zhuǎn)。（如果實(shí)驗(yàn)室中有吹氣機(jī)，例如：氣墊軌要用的吹氣機(jī)，在這具透明蒸汽機(jī)的蒸汽進(jìn)口處直接接上吹氣機(jī)，也能驅(qū)動(dòng)這具蒸汽機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。）

所需的材料如下：

（1）內(nèi)直6 cm，長12 cm的玻璃管一支。

（2）厚約2 mm的壓克力板一片。

（3）硅膠管（軟的管子即可）。

（4）軸承（培林）兩個(gè)，內(nèi)徑4 mm。

（5）木板二塊，木條若干支。

（6）直徑4 mm、2 mm的木桿若干支。

（7）厚紙一片。

制作過程：

甲、汽缸的部份：

將厚紙剪成直徑恰略小于玻璃管內(nèi)徑的圓片，此圓片即作為活塞。可想而知，此圓片不可能完全密封玻璃管，但只要大致能與玻璃管內(nèi)徑一致，且可于玻璃管中輕易滑動(dòng)即可。圓片中心鉆一個(gè)直徑4 mm的小孔。在另一小片木板上鉆一直徑4 mm的小孔，藉由此小片木板，將圓厚紙活塞與直徑4mm木桿制成的連桿（見圖3 ） 結(jié)合在一起，而且使圓厚紙片垂直木質(zhì)連桿。

再用兩片木板制作此玻璃管汽缸的支架，其中之一鉆一個(gè)直徑4.5 mm的小孔，并在旁邊鉆一個(gè)直徑13 mm的小孔;另一片則鉆一個(gè)直徑13 mm的小孔即可，先將紙活塞和木連桿放在玻璃汽缸中，讓木連桿從木板支架上4mm直徑的孔伸出，再用AB膠，將玻璃管與木材支架密接，于是把紙活塞密封在玻璃管汽缸中。將木板支架用AB膠黏在木板底座上，直徑4 mm的連桿從木支架上的孔穿出后，要再立一個(gè)直立于底座的小支架，此小支架上端有一個(gè)直徑約4.5 mm的孔，可容納連桿的另一端（見圖4 ） 。

乙、分流盒的部分：

分流盒的構(gòu)造如圖5所示的透視圖，其主要的功能是：利用口形木框的往復(fù)移動(dòng)，改變空氣的通道，使空氣改變流動(dòng)的路徑，而能往復(fù)推動(dòng)玻璃汽缸中的紙活塞。一共動(dòng)用五片木板制作分流閥盒子。下方一片，兩側(cè)木板之一的上半部鉆一個(gè)直徑13 mm的孔，另一側(cè)木板的下半部則鉆三個(gè)直徑13 mm的孔（此三孔中之左右分別經(jīng)硅膠管連通玻璃汽缸支架上直徑13 mm的小孔）。再用兩木板作黏在前后，其中一片木板上鉆一個(gè)直徑4.5 mm的小孔。

圖5分流盒的構(gòu)造。兩側(cè)木板之一的上半部鉆一個(gè)直徑13 mm的孔，另一側(cè)木板的下半部則鉆三個(gè)直徑13 mm的孔。前后木板之一鉆一個(gè)直徑4.5 mm的小孔。此盒中要恰好容納一個(gè)口字型的木框在其中滑動(dòng)。口字型的木框在左方時(shí)，氣流從右側(cè)孔，經(jīng)右側(cè)硅膠管，推動(dòng)活塞，再將空氣經(jīng)左側(cè)硅膠管，經(jīng)左側(cè)孔，導(dǎo)入分流盒中的口字型的木框，再從中間孔中排出;口字型的木框在右方時(shí)，過程即相反。

參見圖6，此盒中要恰好容納一個(gè)口字型的木框在其中滑動(dòng)，此口字型木框與另一個(gè)直徑4mm的連桿連結(jié)，此直徑4 mm的連桿從盒子前方木板的直徑4.5 mm的小孔穿出，穿出之后也由另一根上方鉆有直徑4.5 mm小孔的直立支架容納其另一端（參見圖7）。此口字型的木框即為分流氣閥，口字型的木框在左方時(shí)，即可引導(dǎo)氣流，從三個(gè)直徑13 mm的孔之右側(cè)孔，經(jīng)右側(cè)硅膠管，推動(dòng)活塞，再將空氣經(jīng)左側(cè)硅膠管，經(jīng)左側(cè)孔，導(dǎo)入分流盒中的口字型的木框，再從中間孔中排出;口字型的木框在右方時(shí)，過程即相反。最后此木盒上方用壓克力閉封，使人能看到口字形木框作動(dòng)的情形。

丙、音叉狀連桿：

緊接著，須制作兩音叉狀連桿，如圖8所示。為減輕重量此兩支音叉狀連桿上可多鉆些孔。這兩支音叉狀連桿，借著如圖9所示的木質(zhì)簡易軸承和直徑2mm的木質(zhì)插鞘，分別連接活塞的連桿和口字形木框的連桿。

丁、飛輪的部份：

見圖10，用厚紙即可制作飛輪，飛輪兩側(cè)分別用一小塊木片將飛輪固定在直徑4mm的木質(zhì)轉(zhuǎn)軸上，此木質(zhì)轉(zhuǎn)軸藉兩個(gè)滾珠軸承安裝在支架上，轉(zhuǎn)軸兩側(cè)黏牢兩個(gè)曲柄和曲軸，此兩曲柄互相夾90°角。將兩叉狀連桿再連接此兩曲柄上的曲軸，這具蒸汽機(jī)及大功告成。

操作時(shí)。只要打開吸塵器，用吸塵器的吸管“吸”分流盒的下半部三個(gè)孔的中間孔（出口），空氣立即由分流盒的另一側(cè)上半部單孔（進(jìn)口）進(jìn)入蒸汽機(jī)（參見圖5）推動(dòng)活塞，此蒸汽機(jī)即快速轉(zhuǎn)動(dòng)起來，所有活動(dòng)零件運(yùn)動(dòng)的情形均可見。

相較于普通物理學(xué)中其他分支，熱學(xué)的實(shí)驗(yàn)較少，這具蒸汽機(jī)除了散發(fā)出懷舊的古老味之外，也有助于在工業(yè)革命的反思中，演示熱學(xué)的核心主題。要放大這具蒸汽機(jī)的尺寸、增加它的透明度均非難事，把玩制作之間樂趣無窮。

特簡蒸汽機(jī)全貌

特簡蒸汽機(jī)局部一

特簡蒸汽機(jī)局部二