2-19 蒸汽之力 力和压强 (第2/2页)

“有墨家巨子主事，蒸汽机当是没有什么困难了。”李易叹道，“不知这蒸汽机是个什么模样，黄公，可否让我这山野匹夫一开眼界？”

“尚书谦虚了，蒸汽机现在只是完成了样机制作，测试和修改正在进行中。”黄尧说，“尚书若是有兴趣，这个项目倒是需要工部的帮忙。”

李易顿时来了精神：“哦？贵司若是有工部使得上力的地方，尽管开口！”

黄尧说：“墨家先贤留下的《墨经集注》里也有些许关于利用蒸气的记载，只是很零散，而且缺乏实用性。太子看过这部书，将这些零散的记录总结之后，得出了一个比较完整的想法，这年少轻狂看来也不是坏事，在下也只是沿着他的思路，将纸上的东西变成实物而已。其实说起蒸汽机的原理，并不复杂，最简单的例子，咱们平时用铜壶烧水，水开了之后，水汽从壶嘴之中喷出，壶盖也会被顶起来发出声响，这就是蒸气的力量。蒸汽机，就是造一个很大的铜壶，用来烧水，产生大量的水汽，将水汽引入半封闭的铜管，就能推动铜管里的塞子活动，这就是机械力量的来源。”

李易虽然一字一句听得很清楚，但是对蒸汽机的原理仍然是云里雾里。有道是说起来容易做起来难，《墨经集注》里面，第56代巨子青云子记述了蒸气引入密闭容器，冷却后从低处汲水进入腔体的记载，而第57带巨子虚谷子则是反过来，用高温蒸气的压力将密闭腔体内的水通过连通器的结构压到高处，使用多个这种装置接力，可以从河流中将水送至山顶（帕平和塞维利机原理）。

但是这两代巨子的方式只能存在于纸上，像这样的供水方式，消耗的煤炭多而效率低下，赵维从手机里找的蒸汽机原理是瓦特改良之后的往复式蒸汽机（跳过了纽可门机原理），相比于青云子和虚谷子的蒸汽机，往复机的能量转换效率高了不是一点点，而且这种塞维利机纯粹是用来抽水的，不能它用，往复式蒸汽机则是将蒸气的内能转化成活塞的往复运动，能量转换可以持续，用途也更广泛。

黄尧根据赵维提出的蒸汽机原理，将蒸汽机分成了几个大的部分，锅炉、气缸、冷凝器和连杆控制机构，锅炉烧煤，将水变成高温高压蒸汽，通过管路和阀门引入气缸，推动活塞运动做功，做功之后的蒸气温度降低，进入冷凝器凝结成水，体积大量收缩，大气压将活塞压回来，如此循环往复……

连杆控制机构则是由曲轴驱动，控制从锅炉进入气缸、从气缸进入冷凝器的阀门开闭时机，实现了蒸气进入和排出过程的自动化，往复式蒸汽机能连续运转的关键就在于此！

从图纸到样机，黄尧用了5天时间就制造出来了，那时候平炉都还没产出第一炉钢水，但是这一台样机充其量只是个新奇的玩具，它的锅炉只能装1公升的水，气缸也很小，只能带动风车，让它变成风扇之外，没有更大的用处。

因为蒸汽机的出现，很多新的物理参数和定义的问题也出来了，能量、功、功率、压强和力，除了力之外，都是新出现的物理概念，要提升蒸汽机的性能，就必须要对这些物理概念进行定量计算和分析。这些物理概念中，最基础的就是力了。

自古以来，人们对力的认识是最直观的，也是最混淆的。正因为如此，天机院成立之初，就有了一个物理研究组，主攻动力学领域，可几个月时间过去了，后成立的化学组已经变成了化学研究室，物理组还是那样不显眼，因为牛顿的三大定律乍一听全是废话，好像都是大家平时的生活经验，用得着你们一个研究组专门去总结？闲的没事干？

如今，蒸汽机的出现，力和功、能这些概念扯上关系，需要复杂的定量计算的时候，大家才发现，原来物理组研究的动力学竟有这么大的用途。比如说力的基本单位——牛（这个牛跟牛顿没什么关系了，有个词“力大如牛”，所以牛这种动物给人的印象都是力量的代表，所以力的基本单位就用牛了），物理组根据力学第二定律（牛顿第二定律），物体运动的加速度与受力成正比，与自身质量成反比，得出F=ma的公式，规定1牛的定义是1公斤的物体，以1米每二次方秒的加速度运动时，所受到的力，还用牛筋制作了标准的测力计，但是天机院一直以来都没有用到过。

物理组在黄尧的带领下开始进行蒸汽机的深入研究之后，认为蒸汽机的核心在于气缸，所以江南工业集团又制作了几套不同粗细和长短的气缸和活塞，同时接上同一个锅炉进行测试比对。

黄尧发现，气缸越粗，活塞上能产生的力越大，而且力和活塞与蒸气接触面的面积成正比，但是大家都是从一个锅炉里面获得的蒸汽，其它物理参数都是一样的。于是压力强度这个概念正式被提出，简称压强，即单位面积承受的压力，气缸内各个位置的压强是相等的，气压向各个方向产生的力也是一样的，由于气压是通过活塞产生的力，所以压强的计量单位被称之为“塞”，1塞的压强定义为1牛的力作用于1平方米的面积上，产生的压强大小。