以蒸汽的压力与凝结为动力源的热机。1712年纽科门的大气式引擎首次实用化，用于矿井抽水；1765年瓦特提出分离冷凝器，大幅降低燃料消耗，1781年以行星齿轮把往复运动转为旋转，动力自此可驱动工厂机械与后来的车船。值得注意的是理论的次序：热力学是在蒸汽机运转一个多世纪之后，由卡诺（1824）从既成的机器中总结出来的。
我脑中已别无他念，唯此机器而已。
—— 瓦特1765年致友人书（论分离冷凝器之构想）
历史
17世纪末的矿井越挖越深，排水成了产业瓶颈。1698年萨弗里的“矿工之友”以蒸汽凝结产生的真空直接吸水，无活塞、效率低且危险。1712年，纽科门造出装有活塞与缸体的大气式引擎：缸内注汽后喷水冷凝形成真空，大气压推动活塞下行，如此往复带动摇杆抽水。此机耗煤惊人，但煤矿口边煤价近乎为零，故在英国矿区大量装用。1765年，正在修理一台纽科门机模型的格拉斯哥仪器师瓦特意识到，问题出在每一次循环都要把整个汽缸冷却又加热；若将凝结移至另一个容器，汽缸即可保持高温。这就是分离冷凝器，燃料消耗随之降至约三分之一。瓦特与博尔顿合伙经营，1781年以行星齿轮把往复运动转为旋转，蒸汽动力自此走出矿井、进入纺织厂与磨坊。1801年后，特里维西克等人转向高压蒸汽，使机器小型化，铁路与汽船由是可能。而热机效率的理论解释，要到1824年卡诺《论火的动力》才出现。
关联
参考文献
- David S. Landes，The Unbound Prometheus: Technological Change and Industrial Development in Western Europe from 1750 to the Present
- Abbott Payson Usher，The Origins of Feedback Control / A History of Mechanical Inventions
- Steam engine
考据说明证据较充分
- 萨弗里1698年的“矿工之友”是更早的实用装置，但没有活塞，效率极低。
- 瓦特改良了纽科门机，通俗叙事常误称他“发明了蒸汽机”。
- 瓦特的专利延至1800年，是否因此阻碍了高压蒸汽机（特里维西克一系）的发展，学界有争论。
- 卡诺1824年的《论火的动力》比蒸汽机投入实用晚了一百多年，是“实践先于理论”的典型例证。
史论
蒸汽机最有教益的一点，是它把“科学指导技术”的常见图景整个倒了过来。纽科门是铁器商，瓦特是仪器匠，两人都不掌握热力学，因为当时还没有热力学；卡诺为了解释这些已在运转的机器为何有效率上限，写下了后来成为热力学第二定律源头的论文。技术在此走在科学前面，而且走了一百多年。另一处值得留意的是专利。瓦特的专利经议会延长至1800年，其间他坚拒高压路线，特里维西克等人的探索因而受限。这是“知识产权保护创新”这一常识的一个反例，也说明制度既能供给激励，也能设置路障。“瓦特发明蒸汽机”的说法并不准确，他改良的是别人的机器。这在技术史上是常态，绝大多数发明都是在修理别人的东西时做出来的。