蒸汽机的工作原理，远没你想象的那么简单！

在人类存在的过程中，最重要的增长催化剂是我们从世界汲取能量的能力。驯服火焰孕育了现代人类，利用风的力量使早期的探险家得以周游世界，但今天我们将探索人类最伟大的发明之一 蒸汽机背后的历史和科学。

蒸汽机的发展彻底改变了我们的社会。它为贸易开辟了新途径，大批农村人口向新工业化城市迁移。但我发现最吸引人的是它的发展历程。

这是最早的实用蒸汽机之一，它被用来抽水，效率非常低。这台机器不会引发任何工业革命，但在煤炭开采中发挥了巨大的作用。为了探究为什么蒸汽机会如此低效，让我们先谈谈它是如何工作的。发动机将储存在煤中的能量转化为热能。,然后这些热量被用来形成蒸汽，蒸汽膨胀，活塞缸压力增大，活塞升上去。这里没有其他机械功，因为链条只能在拉力下传递力。当冷水被喷到气缸里时，就会发生功率冲程。温度降低，压力下降。大气压现在把活塞压下来。

我们想要量化这个引擎循环做了多少功。为了做到这一点，我们画出活塞汽缸内的压力和体积。里面的面积是所做的功，这是理想的PV图。但在实践中，有更多的能量被浪费。我们损失了很大一部分能量，环境也消耗了大量的能量，这可以通过热成像清晰地看到。

用冷水冷却整个汽缸，能量损失更大。因此，改进是制造一个单独的冷凝器，在这里蒸汽可以冷却，而不会冷却整个汽缸。还有很多其他的原因导致蒸汽机能量损失。其中许多是不可避免的，但我们可以通过升级活塞筒来改善这种情况。

在蒸汽机的早期，没有精确和坚固的活塞钢瓶所需的制造技术。当约翰·威尔金森发明这台机器时，情况发生了变化。这台镗床可进行精密加工铁钢瓶，减少蒸汽泄漏，使活塞缸更坚固，压力更大。到此我们开始看到一台能够引发工业革命的蒸汽机，但这种往复运动并没有多少应用场景。特别是用链条连接它们时，我们需要的是旋转运动，它需要一个非常不同的结构。

要把这个线性运动转换成旋转运动，因此需要曲轴和连杆。活塞的侧面转动了活塞缸，这样气压就不能再把活塞往下推了，所以需要在回流行程中使用蒸汽。还需要一个控制阀来控制蒸汽何时进入和离开气缸。蒸汽机现在正致力于发动机的两冲程，提高其效率和动力。但是像这样的活塞发动机并不能产生恒定的扭矩，它的速度和扭矩会不断变化，就像这样。这可能引起震动，我们可以用飞轮来减少这种情况。它储存转动能和转动惯量，并将扭矩释放出来。它本质上是一个机械电池。

大卫罗伯特用他自己创造的V8螺线管引擎完美地展示了这一点。在这里你可以看到引擎将继续旋转没有额外的动力。蒸汽机的发展告诉我们很多关于热力和机械效率的知识，你可能认为蒸汽引擎已经过时了，但事实上，几乎所有的大型电站仍在使用蒸汽热能转换技术，不管是来自煤炭，核能或太阳能。随着蒸汽涡轮机的发展，这项技术已经发展成一种更有效的形式。感谢收看，还有最后一个设备，它是工业革命最具标志性的发明之一，离心调节器。我已经在评论区听到了关于离心调节器的呼声。我将在一个独立的视频介绍离心调节器。如果你感兴趣，不要忘记订阅哦。