蒸汽机是一个能够将水蒸汽中的动能转换为功的热机，由于其中的燃烧过程在热机外部进行，属于热机中的外燃机。泵、火车头和轮船曾使用蒸汽机驱动。蒸汽机在工业革命中起到了核心作用，这一系列技术革命引起了从手工劳动向动力机器生产转变的重大飞跃。

1690年，法国工程师巴本（Denis Papin，1647－1712）制成了第一台活塞式蒸汽机，它依靠蒸汽推动汽缸上升，在汽缸下落过程中输出动力。

1698年，英国铁匠塞维利（Thomas Savery，1650－1715）在著名物理学家胡克的帮助下，发明了世界上第一台实用的蒸汽泵，用于矿山排水。

1705年，英国工程师纽科门（Thomas Newcomen，1663－1729）综合了巴本和塞维利蒸汽机的优点，设计了更为先进和实用的蒸汽机，迅速在英国的矿山和煤场中推广使用。纽科门幼年仅受过初等教育，少年时代做过锻工。17世纪80年代同卡利合伙经营铁器，后来开始研制蒸汽机，并于1705年取得“冷凝进入活塞下部的蒸汽和把活塞与连杆联接以产生运动”的专利权。此后，纽科门继续改进蒸汽机，于1712年首次制成可供实用的大气式蒸汽机，被称为纽科门蒸汽机。这台蒸汽机的汽缸活塞直径为30.48厘米,每分钟往复12次，功率为5.5马力。但热效率低，燃料消耗量大，仅适用于煤矿等燃料充足的地方，所以纽科门的机器多年用于矿井排水，也用来提水以推动水车。但纽科门的蒸汽机只能做缓慢的往复运动，应用范围很有限。

纽科门蒸汽机被广泛应用了60多年，在瓦特完善蒸汽机的发明后很长时间还在使用。纽科门蒸汽机是第一个实用的蒸汽机。他为后来蒸汽机的发展和完善奠定了基础。

纽科门蒸汽机

而真正将蒸汽机普及到各行各业的功臣是瓦特，1763年，瓦特得知格拉斯哥大学有一台纽科门蒸汽机，但是正在伦敦修理，他请求学校取回了这台蒸汽机并亲自进行了修理。修理后这台蒸汽机勉强可以工作，但是效率很低。经过大量实验，瓦特发现效率低的原因是由于活塞每推动一次，气缸里的蒸汽都要先冷凝，然后再加热进行下一次推动，从而使得蒸汽80%的热量都耗费在维持气缸的温度上面。1765年，瓦特取得了关键性的进展，他想到将冷凝器与气缸分离开来，使得气缸温度可以持续维持在注入的蒸汽的温度，并在此基础上很快建造了一个可以运转的模型。

1776年，在与博尔顿的亲密合作下，瓦特对蒸汽机进行了成功的改进，第一批新型蒸汽机制造成功并应用于实际生产。但这批蒸汽机只能提供往复直线运动，所以主要应用于抽水泵上。在博尔顿的要求下，瓦特开始继续研究如何将蒸汽机的直线往复运动转化为圆周运动，以便使得蒸汽机能为绝大多数机器提供动力。

1781年，瓦特公司的雇员威廉•默多克（William Murdoch）发明了一种称为“太阳与行星”的曲柄齿轮传动系统，并以瓦特的名义成功申请了专利。这一发明将蒸汽机的直线往复运动转化为圆周运动，极大地扩展了蒸汽机的应用。

之后的6年里，瓦特又对蒸汽机作了一系列改进并取得了一系列专利：如自动调节蒸汽机运转速度的离心式调速器（1788年）、压力计（1790年）、计数器、示功器、节流阀以及许多其他仪器……所有这些革新结合到一起，使得瓦特的新型蒸汽机的效率是过去的纽科门蒸汽机的5倍。

瓦特蒸汽机

自瓦特改进蒸汽机起，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。

而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，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”号。此后，蒸汽机在船舶上作为推进动力历百余年之久。

1800年，英国的特里维西克设计了可安装在较大车体上的高压蒸汽机。1803年，他把它用来推动在一条环形轨道上开动的机车，找来喜欢新奇玩意儿的人乘坐，向他们收费，这就是机车的雏型。此后，英国的史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。

蒸汽机的出现和改进大大促进了社会经济的发展，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。不能忘却的是，蒸汽机结束了人类对畜力、风力和水力的由来已久的依赖。这时，一个巨大的新能源已经为人类所获得，而且不久，人类还开发出倘藏在地球中的其他矿物燃料，即石油和燃气。蒸汽机促进了第一次工业革命的产生，从而人类实现了由传统农业社会转向现代工业社会的重要变革，谱写了一段辉煌壮丽的发展史。

本作品为“科普中国-科技创新里程碑”原创 转载时务请注明出处