一、蒸汽机的起源与雏形世界上第一台蒸汽机的雏形 —— 汽转球，由古希腊数学家亚历山大港的希罗于 1 世纪发明。
汽转球主要由一个空心的球和一个装有水的密闭锅子以两个空心管子连接在一起。
在锅底加热使水沸腾，变成水蒸气后由管子进入球中，最后水蒸气从球体两旁喷出，使得球体转动。
据记载，希罗是一位古罗马数学家，居住于罗马行省的亚历山大利亚，也是一名活跃于家乡的工程师。
他的作品深受巴比伦文化影响，发明众多，除了汽转球，还有自动售卖机、注射器、蒸汽风琴等。
汽转球作为有文献记载以来的第一部将蒸汽转化为机械能的机器，比工业革命早了两千年制造。
然而，当时的汽转球只是一种新奇的玩物，并未予以任何实际应用。
例如，在现代的一个实验中，实验者用大头针在易拉罐的罐身中部靠下位置斜着扎一个小孔，罐中留下约 30 毫升饮料，在罐身另一面与小孔对称位置也扎一个孔，角度与第一个小孔相反。
将易拉罐用绳子套住悬挂起来，用酒精灯在下方加热，当罐内液体被加热到一定程度时，易拉罐旋转了起来。
这个实验的原理与汽转球相同，都是利用液体沸腾产生的水蒸气从两侧小孔喷出推动物体旋转。
汽转球作为世界上最早的蒸汽机雏形，虽然没有实际应用于生产生活，但为后来蒸汽机的发展奠定了基础。
二、早期工业蒸汽机的发展（一）丹尼斯・巴本的贡献约 1679 年，法国的丹尼斯・巴本在观察蒸汽逃离他的高压锅后，制造了第一台蒸汽机的工作模型。
巴本受 “帕平壶”（即高压锅）高压蒸汽启发，制造出一个汽缸、活塞装置，完成了蒸汽机的基本构造原理。
虽然这个装置仅限于实验室使用，但它为后来蒸汽机的发展奠定了重要基础。
巴本的这一发明在当时并没有引起太大的重视，但它却开启了蒸汽机发展的新篇章。
据资料记载，巴本的蒸汽机工作模型虽然简单，但已经具备了将蒸汽能量转化为机械动力的初步功能。
（二）托马斯・塞维利和托马斯・纽科门的成就十八世纪，托马斯・塞维利和托马斯・纽科门制造了早期的工业蒸汽机，对蒸汽机的发展做出了巨大贡献。
1698 年，英国工程师托马斯・塞维利根据巴本的模型，发明制造出一台应用于矿井抽水的蒸汽机。
这是人类继自然力 —— 人、畜、水、火、风之后，首次把蒸汽作为一种人为制造动力。
然而，这种机器还极不完善，离 “划时代” 还有一步之遥。
塞维利的蒸汽机利用高温蒸汽在密闭的容器中冷却后产生的低压，在大气压的作用下将水通过一根管道吸出来，但由于受到大气压强限制，抽水的高度被限定到 9 米左右，而且效率极低。
托马斯・纽科门在向老师傅塞维利请教学习后，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可变运动” 的专利权。
1712 年，制造出一台功率 5.5 马力，可供实际使用的大气式蒸汽机 “纽科门蒸汽机”。
这台蒸汽机热效率低，燃煤消耗量大，只有在煤矿使用才划算，尽管这样，它仍然算作世界上第一台实用的蒸汽机，在欧洲被广泛使用了半个多世纪。
纽科门机的锅炉和气缸实现了分离，实现了蒸汽压力、大气压和真空在相互作用下推动活塞作往复式的机械运动。
三、瓦特对蒸汽机的重大改良（一）改良的契机与过程1764 年，瓦特在格拉斯哥大学修理一台纽科门蒸汽机，这让他有机会深入了解蒸汽机的构造，从而对其产生了浓厚的兴趣。
瓦特看出了纽科门蒸汽机的毛病 —— 蒸汽是在汽缸中冷凝，要花费大量的热量来加热汽缸。
凭借丰富的机械知识和灵巧的双手，瓦特开始想办法改进纽科门的蒸汽机。
经过两年多的时间，瓦特在气缸外另外接一个冷凝器，把汽缸里的水蒸汽引入冷凝器中加以冷却，这样既可以防止蒸汽的浪费，又同时解决燃料耗费和活塞转动时间的问题。
1769 年，瓦特制造出了第一台样机，同时还发明了冷凝器，使他获得了在革新纽科门蒸汽机过程中的第一项专利。
（二）不断创新与完善瓦特对蒸汽机的改进并没有止步于此。
他发明了离心式调速器，这是世界上第一个自动控制装置，开创了一门学科。
通过风箱式机构，使蒸汽在活塞两侧交替做功，实现了往复运动，并利用滑阀和活塞的联动，实现蒸汽的双向做功。
还结合平行四边形运动杆，拓展了蒸汽机的使用范围。
此外，瓦特利用炮筒镗床精密加工减少漏气，提高了汽缸的密封性。
他还和员工约翰・桑德尔共同发明了锅炉压力表，有效减少了锅炉出事故的概率。
通过不断的创新与完善，瓦特获得了多项专利。
1784 年，瓦特改进出了万能蒸汽机，能运用在许多行业的机器上，并获得专利。
（三）对发明的推广与阻碍瓦特对一些新发明持反对态度，如 1781 年，他反对推广霍恩布鲁渥发明的 “双筒蒸汽机”；18 世纪末，他又极力压制特列维蒂克发明的 “高压蒸汽机”。
瓦特认为蒸汽机过于笨重，不可能驱动车辆运行，他四处造谣，宣传高压蒸汽机不安全，容易爆炸，以此抹黑对手。
然而，蒸汽机的发明是工业革命的催化剂，它传播到美国、德国、法国和其他地方。
瓦特对人类的进步做出了宝贵的贡献。
国际单位制使用瓦特作为功率单位，以纪念这位发明家。
四、蒸汽机发明的意义与影响蒸汽机的发明无疑是人类历史上的一个重大里程碑，它引发了 18 世纪的工业革命，对世界产生了深远而广泛的影响，极大地改变了人类的生产和生活方式。
在生产方面，蒸汽机的出现使得工厂不再依赖于传统的水力、风力等自然动力，摆脱了地理环境的限制。
它为当时的工业革命提供了强大而稳定的动力源，推动了各个工业领域的飞速发展。
例如，在纺织工业中，1785 年瓦特制成的改良蒸汽机投入使用后，纺织厂的生产效率得到了极大提升。
机器的普及使得大规模生产成为可能，工厂制度也随之诞生。
据统计，在蒸汽机应用于纺织工业之前，一个纺织工人每天只能生产少量的纺织品；而在蒸汽机的驱动下，生产效率提高了数倍甚至数十倍。
蒸汽机还在交通运输领域引发了革命性的变革。
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。
1825 年，世界上第一列蒸汽机火车在英国诞生，开创了铁路时代。
火车机车和蒸汽船的发明，极大地缩短了运输时间，加强了地区之间的联系，使得货物和人员的流通更加便捷。
这不仅促进了贸易的发展，还改变了人们的出行方式和生活节奏。
蒸汽机的发明也对社会结构产生了重大影响。
它使社会分裂成了两大对立阶级 —— 工业资产阶级和无产阶级。
随着工厂的兴起，大量农民和手工业者涌入城市，成为工厂工人。
工厂主拥有生产资料，获得了巨大的财富，而工人则面临着艰苦的工作条件和低工资。
这种社会阶级的分化，引发了一系列社会问题和矛盾，同时也推动了社会改革和工人运动的发展。
此外，蒸汽机的应用还促进了科学技术的进步。
随着蒸汽机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。
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。
总之，蒸汽机的发明对世界产生了不可磨灭的影响。
它推动了工业革命的进程，改变了人类的生产和生活方式，促进了科学技术的进步，为人类社会的发展做出了巨大贡献。
尽管后来出现了更为高效和清洁的能源，但蒸汽机在历史上的地位依然不可动摇。
