近代化学的奠基人波义耳
在三百多年化学科学发展的历史上，波义耳是一位名列榜首的化学家。因为，他第一个用实验事实科学地阐明了化学元素的本性，从而使化学走向了科学的道路。波义耳是怎样一个人？他是如何做出这样重大贡献的呢？
自幼酷爱科学
如果翻开那些大科学家们的历史看一看，你一定会发现，他们大都是从小就勤奋学习、酷爱科学的人。英国著名化学家、物理学家波义耳，就是其中的一个。
1627年1月25日，波义耳生于爱尔兰的利斯奠尔城堡。父亲理查德波义耳，是爱尔兰首府科克郡的伯爵，是个有名的大富翁，共有14个儿女。罗伯特波义耳是这14个儿女中最小的一个，但在儿子的行列中他是第7位。别看他在这个贵族家庭中排名位置不佳，可自幼就表现出非凡的记忆力和语言才能，有“神童”之称。8岁那年，他结束家庭的初级教育去伊顿上学时，就已经能用希腊文和拉丁文讲话了。在那所贵族子弟学校里，他是一个出色的学生，对自然科学有着极浓厚的兴趣。
他的父亲是个对孩子很严厉的人，但对小儿子想搞科学的愿望很支持。他常对罗伯特波义耳说：“你要想成为一个科学家，就必须得努力学习。”为此，他给儿子聘请了优秀的家庭教师。
罗伯特波义耳在伊顿学习到12岁，以后便由家庭教师陪同，到法国、意大利、瑞士等国游学。在这期间，他学习了天文学家伽利略的著作、数学家笛卡儿的著作以及大量的化学、医学、哲学等方面的书籍。在日内瓦，他还受到宗教的感化，但他没有因此反对科学，却认为科学能支持“神的启示”。
1644年，17岁的波义耳回国时，他的父亲已在战争中死亡，给他留下了一份足够他维持生活的遗产。父亲去世后，在家里支持他搞科学的，就算是他的姐姐雷尼拉夫夫人了。
豪华住宅变成了实验室
在姐姐雷尼拉夫夫人的家里，经常有一些科学家、文学家、哲学家在一起聚会，讨论学术方面的问题，气氛十分热烈。波义耳回到伦敦后，也成了这种聚会的积极参与者。
法国著名的数学家和哲学家勒内笛卡儿是雷尼拉夫夫人家里的座上宾。他也常来参加聚会，并且成了年轻的波义耳辩论的对手。笛卡儿的最大贡献是创立了“解析几何学”。在哲学方面，他主张理论至上，认为清晰明白的概念就是真理。这种错误主张，在当时还得到了许多学者的赞同。
波义耳不同意这种观点，他对这位年长且有很高名望的大学者说：“您把理性放在高于一切的位置是不对的，科学应该是实验科学，理性应该是来自实验。”他特别赞同英国哲学家培根的观点，即“真正的知识，应该建立在实验研究方法的基础上”，“一个哲学家，不应该像蜘蛛一样，把理性花在搞阴谋诡计上；他应该像蜜蜂一样，搜集事实，靠思维把它们酿成蜜。”
波义耳与笛卡儿的学术辩论，一直持续了好几天。在辩论中，还涉及到关于物质的组成问题。当时流行的有毕达哥拉斯的“四元素说”，即物质都是由火、水、气和土四种元素所组成的；还有帕拉塞斯的“三元素说”，即物质是由硫、汞和盐三种元素所组成。波义耳对这两种学说，都持怀疑态度。可是，如何解决这样重大的科学问题呢？他认为：“空谈无济于事，实验决定一切。”为实验方便，他要建立自己的实验室。
波义耳虽出身于贵族家庭，但从不追求豪华享乐的生活，把钱都用在了科学事业上。现在，他要筹建自己的实验室时，立刻就想到斯泰尔桥这个地方。这里是他继承的遗产。他决定把豪华的建筑加以改建，变成实验室，自己的卧室、图书馆也安排在这里。
经过紧张的筹建、施工，实验室于1645年底便建成并开始使用了。
这个实验室的设备相当不错。波义耳还配备了几位助手和技术人员。在这里，他进行了大量的化学及物理学方面的实验。他的实验室还是对外开放的，社会上的化学和物理学爱好者，都可以来这里进行实验研究。不久，这里便成了一个引人注目的实验研究中心。
在化学研究中，波义耳对物质的组成探讨最为深入，成果也最为突出。1661年出版的化学名著《怀疑派化学家》，就是他关于物质组成的成功之作，也是化学发展史上的一个重要里程碑。
怀疑派化学家
《怀疑派化学家》这本书，是采用朋友之间对话的形式写成的。书里的人物共有四位。一位是怀疑派化学家，他代表了波义耳本人的观点；一位是逍遥派化学家，他代表“四元素说”的观点；一位是医药派化学家，他是“三元素说”的代表；还有一位是中立派化学家，他在争论中保持中立。有一天，四位朋友在长尼兹的花园中相会，便讨论起“元素”问题。
逍遥派化学家的观点是，宇宙万物都是由土、水、气和火四种元素所组成。这四种元素又是由四种物性即冷、热、干、湿，两两结合成的。冷与干结合成土；湿与冷结合成水；热与湿结合成气（风）；干与热结合成火。四种元素按不同比例结合，就形成各种各样的物质。这样，只要改变四元素的比例，普通金属也能变成黄金。
医药派化学家则认为，万物都是由硫、汞（水银）、盐三种元素按不同比例组成的。认为汞是一切金属的本质，硫是一切可燃物所共有的，硫与汞结合可以得到各种金属。普通金属与黄金、白银的差别，就在于含硫、汞的比例不同和纯度不同。如果找到一种“哲人石”，就可以把金属中的下贱成分除掉，使普通金属变为金、银。
这两派的观点，虽说法不同，但本质上是一样的，他们都为炼金术士们提供了“理论”依据。今天听来这些十分可笑的错误观点，在波义耳时代，却是极为盛行的。
代表波义耳的怀疑派化学家，以大量的实验事实驳斥了他们的观点。波义耳举出了黄金的例子。他说：黄金不怕火烧，经过烈火也未见黄金分解，更没分解出硫、汞和盐，也不可能含有土、水、气和火。但黄金可以跟其他金属形成合金，也可以用王水溶解，溶解后再经处理，底层就会沉淀出一层金粉，其数量和性质跟原来溶解的黄金一样。这说明黄金无论经过什么化学反应，黄金的微粒是不变的。他还举出水银的实验、铜的实验来说明这个观点。
怀疑派化学家在这里还批驳了“火能使复杂物质分解为元素”的说法。他说：砂子和碱混合熔化，会生成透明的玻璃，但玻璃不会再被火分解成原来的物质或更简单的物质。在他列举出许多事实之后，得出的结论是：“化学家从来也没有证明，化合物能通过化学分析正好分解出三种可以当作元素的特定物质。”他断言，物质的形成是复杂的，“四元素说”、“三元素说”都是错误的，就像一个人只认识三四个密码，却要破译一本用大量密码写成的书，这是不可能的。
从大量实验事实出发，他给元素下了一个明确的定义。他说：“我指的元素，应当是不由其他任何物质所构成的原始的、简单的、纯净的物质”，“是具有确定性质的、实在的、可觉察到的实物，是用一般化学方法不能再分解的最简单的实物。”
从现代观点看，他说的元素就是单质。尽管如此，在当时，波义耳关于元素的论证，有力地批判了炼金术士们陈旧的、唯心的元素观，使化学研究走向了科学的道路。
继1661年《怀疑派化学家》这一名著发表之后，第二年，他又发表了以他的名字命名的“波义耳定律”。
波义耳定律的发现
波义耳不仅是一位杰出的实验化学家，还是一位出色的实验物理学家。在物理学方面，使他最感兴趣的，是气体的研究。
首先，他注意到气体有弹性，即可被压缩，液体蒸发时，蒸汽会弥散在整个空间。这使他得出一个合理的推论，那就是气体是由保持一定距离的小微粒组成的。气体有弹性，就是微粒间的距离可大可小。
他还用一个抽掉空气的圆筒，第一次证明一块铅和一根羽毛在没有空气阻力时会同时着地。这正是伽利略的自由落体定律：一切物体在真空中下落的速度相等，而与物体重量无关。
当他知道葛利克制成了研究气体的设备空气抽气机后，便在助手虎克的协助下，自行设计制成了效率更高的抽气泵。这种抽气泵得到的真空，被叫做“波义耳真空”。
利用自制的抽气泵，波义耳多次做了气体的体积与压力有关的实验。在波义耳之前，意大利的科学家托赛利，于1643年就做过空气有压力的实验，但未能发现气体体积与压力之间的定量关系。波义耳就是要在前人的基础上，深入探究这样的问题。
他的实验清楚而有趣地表明：气体的体积与压力是成反比的。当压力增大一倍，体积就减少一半；当压力减少一半，体积又增大一倍。这是他用多种方法、多次实验，通过细心测量得出的结论。不论在压力高于大气压，还是压力低于大气压的情况下，都是如此。这就是著名的波义耳定律，它是1662年物理学上的重大发现。1676年，法国物理学家马略特也发表了一篇论文，说明气体体积与压力成反比的定量关系。所以，这一定律也称波义耳-马略特定律。
在波义耳定律发表的第二年，即1663年，世界知名的英国皇家学会成立了。波义耳被一致选举为该会会员。这时的波义耳名声愈来愈大，到处受到尊敬。不少公司请他任职，甚至还经常应邀入宫。但是，这一切荣耀丝毫也没有引起波义耳的关注，他所全力关注的还是科学事业。这时正是他创造力的极盛时期，一篇接一篇的科学论著，不断发表出来。
1664年，他发表了《关于颜色的试验和思考》；1665年，《酸碱假设的思考》问世；后来，还出版了《矿泉水的自然史简编》。这些都是波义耳在分析化学方面的重大贡献。
紫罗兰变色引发的思考
一天，在波义耳的实验室里，一束深紫色的、非常漂亮的紫罗兰忽然冒起烟来。走近一看，原来是做实验用的浓盐酸溅到花上了。波义耳立即拿起花束，放在水里清洗。结果，魔术般的奇迹发生了！紫罗兰变成红色，成了“红罗兰”。
这一偶然发现，却引起了波义耳的认真思考：紫罗兰若遇到其他的酸溶液，会不会也有这种现象呢？如果不是紫罗兰而是其他有色植物呢？如果有色植物遇到的不是酸，而是酸的对立物——碱，又会有什么结果呢？
波义耳解决这一连串问题的惟一办法，就是实验。于是，他让助手们离开实验室，去花园、去田野搜集各种有色植物。当助手们回来的时候，实验室几乎变成一座花房。这里不仅有上好的紫罗兰，还有玫瑰、樱草、洋红、石蕊、姜黄、苏木、五倍子等等。波义耳和他的助手们先把这些有色植物的浆汁浸渍出来，再将浸液分别与酸、碱作用。有的只在酸作用下变色，有的则遇碱才改变颜色。最有趣的是，紫色的石蕊浸液遇酸变红，遇碱则变蓝。这样一来，不就可以用这些植物浸液来辨认什么是酸，什么是碱了吗？这些浸液就是酸碱指示剂。为了使用方便，波义耳还想出了用吸收浸液后又烤干的纸，来检验酸碱的办法。至今还在使用的石蕊试纸，就是当年波义耳的发明。
在这项研究中，他还进一步了解到，除酸碱反应外，还有许多化学反应可以生成有颜色的物质。利用这些颜色的变化，就可以检验更多的物质。例如，硝酸银溶液与盐酸相遇，就会产生白色沉淀（即氯化银，当时波义耳称它为“月牙”）。碳酸钾溶液（植物中的碱）与氯化汞作用，则产生黄色沉淀。铜盐溶液中加些氨水，蓝色就会明显变深，如果醮点铜盐在火上烧一烧，火焰就会呈现绿色，等等。
分析化学，就是检验分析物质的成分和含量的。波义耳的上述发现，为分析化学的发展打下了很好的基础。所以，人们都尊敬地称他是分析化学的奠基人。
一个科学家，哪怕是一个最伟大的科学家，在科学工作上，也不可能没有缺点和错误。波义耳在研究燃烧现象时所提出的“火微粒说”，就是一例。
错误的“火微粒说”
波义耳的燃烧实验，最初是同虎克共同完成的。虎克是波义耳的最得力的助手，也是一位出色的物理学家。年轻时曾在牛津基督教堂当过合唱队员，后来做科学研究工作，他研究弹性物体发现了著名的“虎克定律”。他自称发现万有引力定律比牛顿还要早。1666年伦敦大火后，他参加了伦敦的重建工作，担任测量检查员，发了大财。他把大量钱财紧锁在铁箱里，死后才被人发现。他一生发明了许多科学仪器和设备。波义耳实验室里那个可以抽真空的空气泵，就是他协助波义耳设计制造的。利用这个空气泵，不仅做了大量的气体压力的实验，从而发现了波义耳定律，还做过许多有关燃烧的实验。
硫黄在空气中燃烧，会产生蓝色火焰。可是，当用空气泵把玻璃罩内的空气抽走，硫黄受热却只见冒烟不见着火。蜡烛的火焰、氢气的火焰，离开空气也会熄灭。这说明，空气是物质燃烧不可缺少的。
但是，后来波义耳研究火药燃烧时，却发现了意外的情况。火药在真空中放置的红热铁板上，却能燃烧很久，且不发生爆炸。怎么回事？没有空气也能燃烧吗？是不是制火药的硝石中混进了空气呢？于是，他改用在真空中结晶的硝石制成的火药，得到了同样的实验结果。由此他得出的结论是：与硝石混合的物质，在没有空气时也能燃烧，是因为硝石受热时可以得到“与空气相似的活化气体”。他这里说的“活化气体”就是现在说的氧气。当时，他只是说明了燃烧需要空气或“与空气相似的气体”，但却没弄清，空气或“与空气相似的气体”在燃烧时究竟起了什么作用。
正因为如此，他不了解燃烧的本质，才导致他在解释金属燃烧后增重这一现象时，提出了一个错误的“火微粒说”。
波义耳亲自做了锡燃烧的实验，并通过称量，确知燃烧后生成的灰渣比原来的锡更重了。他认为，这是“火微粒”通过烧瓶的玻璃，被金属吸收了。在这里，他错误地把火当成了一种实实在在的有重量的物质。在他的题为《固定火焰并使之可称的新实验》论文中，就提出了这样一个公式：
金属 火微粒=金属灰渣
火是发光放热的一种现象，并非有重量的物质，波义耳产生这种把火看作物质的错误原因，就在于他在实验中只注意到燃烧物金属的重量变化，却忽视了在燃烧物周围的空气有没有变化。这真是“智者千虑，必有一失”。
尽管波义耳的科学观点也有错误之处，但从他一生的科学业绩来看，仍不失是一位伟大的科学家。他在化学、物理学以及哲学方面，都为人类做出了重大贡献。正因为这样，1680年，英国皇家学会推举他担任主席。但是，一向不贪求名誉的波义耳，却谢绝了这个崇高的荣誉。他所希望的是有一个平静的晚年。
波义耳的晚年
波义耳的晚年似乎比别人来得更早一些，因为他的身体素质一直不好，年轻时就经常搜集药方给自己配药。他身上还常常带着温度计，随气温的变化，及时更换衣服。他终生未婚，书和实验室就是他的生活伴侣。53岁的波义耳身体健康已有明显恶化，难以正常工作了。他不得不离开实验室，搬到祖传的庄园去住。
在庄园的日子里，他并没有完全休息。他总结自己35年的科学研究工作，写了不少著作。他还花了不少时间研究哲学和神学，而且写出一些有影响的哲学和宗教论文。
晚年时期的波义耳宗教思想日益浓厚。为研究圣经，他曾学习过希伯来语；为宗教的发展，他还资助在东方的传教活动。
1691年12月30日，64岁的波义耳在伦敦逝世，死后他留下了一大笔财产。根据本人遗嘱，这笔巨款用于举办以传播宗教为内容的“波义耳讲座”。但是，他死后留给人们的真正财富不是金钱，而是用他一生的努力所形成的丰富的科学成就。是他提出了科学的元素概念，才宣告了“炼金时代”的结束，开辟了化学作为一门独立科学的新纪元。
瓦特奠基工业文明
据说，瓦特是由于发现水在沸腾时顶起了壶盖，受到了启发，想到要利用蒸汽作动力而发明蒸汽机。其实这是一个不很确实的说法。在瓦特之前，就有很多人研究过利用蒸汽作动力的机械，并且已经有了抽水用的蒸汽机。瓦特最卓越的贡献是他发明了蒸汽机的外冷凝器，大大提高了蒸汽机的效率，同时还发明了把蒸汽机的往复运动变为回转运动的机构，使蒸汽机成为普遍应用的动力机。正是这种动力机，为人类开辟了一个崭新的时代，即蒸汽动力时代。瓦特因此而被称之为工业文明的开拓者和奠基人。
仪器修理工
1736年，瓦特出生于英国当时的造船业中心格拉斯哥市附近的格林诺克镇。父亲是一个有经验的造船木工，祖父和叔父也都是机械工人。瓦特从小体弱多病，而且由于家境贫苦，少年时代的瓦特，不能按期上学，没有受到系统的学校教育。由于身体不太好，行动十分稳重的小瓦特，曾一度被认为是一个“愚钝而不聪明的人”。瓦特的母亲是一位智力过人的聪明女人，他成为瓦特的启蒙老师。瓦特跟这样一位天才的母亲学习文学和有关知识。13岁时，瓦特开始学习数学，15岁时，又学习了《物理学原理》，这时的瓦特已开始显露出自己的天才。
瓦特的少年时代，基本上是在父亲所在的工场里度过的，并和手工劳动结下了不解之缘，这无疑决定了他以后的发展方向。瓦特跟随父亲劳动的车间，主要是制造船舶所需的装备，制作船舶等所需的各种小型木工器具，或进行船头装饰的雕刻，制作跑架、滑车、泵、辘轳等。对瓦特来说，这里是一个最好的学校。在劳动中，他不仅用手，而且注意开动脑筋，留心各种各样的事情，如扛料时为什么左肩上用条木棒托住后部便省力些？为什么拉锯时用力要均匀、姿势要摆正？等等。在这所特殊的学校里，少年瓦特不但学会了操纵机械或使用器具，学到了作为一名精密机械工所应掌握的各种技能，而且获得了丰富的关于机械的感性知识，培养了爱好机械的兴趣。
1753年，瓦特的母亲去世，父亲又经商失败，迫使瓦特决意要自己外出谋生。1754年6月，18岁的瓦特在父亲的指导下，带着少量的工具和一个皮制围裙前往格拉斯哥，投奔到母亲的一位亲戚那里当学徒，学习修理教学仪器。由于业务上的联系，使他结识了格拉斯哥大学的罗伯特迪科教授。迪科很欣赏这位技艺娴熟、又勤学好问、肯于钻研的年轻人，并极力劝说他前往伦敦。作为当时欧洲经济文化的中心，伦敦聚集了一大批优秀的器械制造工匠，迪科希望瓦特到这个大都市进一步学习深造，施展才华。
1755年6月7日，瓦特骑马来到伦敦。但为了找师傅，却颇费了一番周折，最后好不容易才投奔到约翰莫根门下，学习仪表修造技艺。由于勤奋好学，他很快学会了制造难度较高的象限仪、方位罗盘、经纬仪等精密器械。瓦特在给父亲的信中说：“我虽然没有熟练工人做得那样快，但是，我可以做得和他们一样好。”由于家庭收入低微，他不得不时常挤出时间，到外面找点苦而重的活来干，以便挣些钱交纳学徒费。这样，除星期六外，他每天几乎都要工作到深夜九点多钟。瓦特的身体本来就不好，加上如此繁重的劳动和艰苦的生活，因而健康状况更是每况愈下。他曾在信中写道：“经常像撕破咽喉一样的咳嗽，背像针刺一样疼痛，全身感到懒倦。”一年后，他带着衰弱的身体重返故乡。一年的学徒生活使他倍尝辛酸，但是也使他练就了精湛的手艺，培养了坚韧不拔的性格。
故乡海滨的清新空气，与家人团聚的愉快心情，使瓦特很快恢复了健康。1756年，20岁的瓦特再一次来到格拉斯哥，想以修理仪器的身份开业，但当地的行会因他学徒期未满（当时规定学徒必须七年才能“满师”），不准许他开业。正当他感到绝望之是，迪科再一次帮助了他。在迪科教授的推荐下，瓦特于1757年来到格拉斯哥大学附设的教学仪器厂当仪器修理工。这成为他生活的转折点，并由于一个偶然的机会，使他走上了改进蒸汽机的征途。
冷凝器的发明
1763年的一天，格拉斯哥大学的一位教授约翰安德逊找到瓦特，委托他修理一台纽可门蒸汽机的模型。好奇心很强的瓦特早就对用蒸汽作动力的机械发生了兴趣。他曾听到他的一些朋友，如格拉斯哥大学副教授布莱克等人谈起过纽可门蒸汽机的事。他也曾搜集过有关蒸汽动力的资料，还曾作过高压蒸汽的实验，但就是一直没有机会接触过蒸汽机。安得逊教授的委托无疑为他了解蒸汽机提供了一个难得的机会。但此时的瓦特也许未曾料到，这次机会不但改变了他自己一生的命运，而且由于他对蒸汽机的改进，改变了整个社会生产的面貌，促进了工业革命的迅速到来。
瓦特在接受了修理纽可门蒸汽机的任务之后，没有满足于仅仅把有毛病的地方修好，而是把机器全部拆开，一个零件一个零件地研究，以便弄清它的构造原理，然后针对问题，再进行修理。瓦特凭借多年当修理工的经验，很快便把机器修好了。但当试车时，瓦特发现这种机器动作缓慢，且不是连续的。进一步试验便发现了一个更大的问题，这种蒸汽机消耗能量太大，效率很低，燃烧13吨煤，只能产生75马力的动力。面对修好的纽可门蒸汽机，瓦特陷入了沉思：能不能对它加以改进，使其动作再快一些，效率再提高一些呢？正是在修理和试验的过程中，瓦特树立了要从根本上改进蒸汽机的志向，并持之以恒地开始了对蒸汽机的研究。
大概连小学生都知道，蒸汽机是由瓦特发明的。这话既对又不完全对。说它对，是因为瓦特确实发明了一种和以前完全不同的蒸汽机，使蒸汽动力获得了普遍的应用；说它不完全对，那是因为在瓦特之前就有人发明了蒸汽机。将蒸汽作为动力的想法，古人就有。二千多年前古希腊人希罗就曾发明了以蒸汽为动力的精巧装置；达芬奇也曾设计过用蒸汽开动大炮的图样。在当时的中学课本上就已开始讲授真空、大气压等物理知识，这些也都与蒸汽机的发明有关。自1643年托里拆利发现了真空，证实了大气压力的存在，后来，德国的格里凯又用人工办法法制造了真空。1662年，波义耳则发现了气体体积和压力成反比的定律。正是在这些科学认识的基础上，适应社会发展对动力的需要，在18世纪才发明了蒸汽机。
到18世纪的时候，人们为什么想要发明蒸汽机呢？这是因为从17世纪以来煤炭已经成为冶炼钢铁的主要燃料，对煤炭的需要日益增加，矿山数量增加，矿井也越挖越深。为了能正常地进行采煤，就必须不断地抽出矿井里的水。当时只能靠马拉辘轳推动水泵抽水。为此，不少矿山都要饲养几百匹马，这种办法既麻烦又费钱。人们急需寻找一种更有效的排水动力机械，由此产生了“以火提水”的设想，就是要创造一种以火力或热能推动的排水泵。
第一台实用的蒸汽泵是由英国的一个叫萨弗里的上尉于1698年首先发明的。他继承了前人的发明成果，利用蒸汽冷凝使一个容器产生真空，在大气压力作用下，将井下水吸入容器中，再通入蒸汽，利用蒸汽压力把容器里的水排出。这样循环操作就可以把井水抽到井外。但由于它效率低，加之没有活塞，容易发生爆炸事故，所以没有引起人们的重视。1705年，苏格兰铁匠纽可门发明了一种比较实用的带活塞的蒸汽机。它先向汽缸通入蒸汽，推动活塞向上运动，然后再向汽缸通入冷水，使蒸汽冷凝，缸内形成真空，这样便可以利用大气压力使活塞反向运动，以此带动水泵排水。纽可门蒸汽机基本上满足了矿山抽水的需要，几乎在英国所有的矿井都应用了这种蒸汽机，实际上它只不过是一台蒸汽排水机。
瓦特所要修理的正是这样的蒸汽机。他也就是在这样的基础上开始了对蒸汽机的研究。经过对纽可门机的分析研究，联系到他在听他的老朋友布莱克讲课时，所了解到的关于潜热和比热的知识，受到启发，终于找到了纽可门机的症结所在：纽可门蒸汽机利用向汽缸喷冷水获得真空，这样活塞每上下运动一次，汽缸都要冷却一回；第二次进入的蒸汽首先要加热汽缸，待汽缸本身的温度升高后，才能推动活塞。这样一方面因蒸汽浪费造成了效率低，另一方面则因时间耽搁造成动作慢且不连续。由此，他得出结论：为了使蒸汽有效地推动活塞，首先必须设法使汽缸保持与进入的蒸汽相同的温度，其次必须使进入的蒸汽尽快冷凝，以获得缸内负压或真空。通过上述分析，使瓦特明确了改进的方向。采用什么办法达到这两项要求呢？他针对这一问题开始了新的研究，并经常利用瓶子、竹筒等工具进行试验，遇到不懂的问题就四处向人请教，简直达到了废寝忘食的程度，一度使一些人误认他的神经失常了。转眼将近两年的时间过去，对于如何改进，瓦特仍是感到一筹莫展。
1765年5月的一个星期日，瓦特正因试验没有取得任何进展而灰心丧气的时候，新婚不久的妻子马格丽特米拉——一位温柔而有主见的女性，见他日夜苦思，食不甘味，夜不成眠，就劝他不要把自己搞得太紧张了，利用假日到郊外玩一玩，散散心。于是，瓦特接受了妻子的建议，信步来到了城外的草原上。他抬头向远处的天空望去，见片片白云在湛蓝的天空下飘动。这白云多像蒸汽啊！一想到蒸汽，瓦特的脑子又进入了工作状态。随着脚步不自觉地继续前移，瓦特的脑海里突然跃出了一个想法：蒸汽本身是有弹性的物体，当蒸汽膨胀后，一定会往真空的地方移动。如果在汽缸外另设置一个容器，蒸汽就可以进入这个容器内进行冷却，这样，无需再冷却汽缸，蒸汽就可以冷缩，而汽缸也就可以保持在高温状态了。
犹如艺术家获得灵感一样，这一想法使瓦特兴奋不已。他带领几个助手按这一想法开始进行试验，经过夜以继日的努力，好不容易造出了一台带有分离冷凝器的蒸汽机。不料，这台蒸汽机几乎不能工作，效果反而不如纽可门蒸汽机，原因即在于汽缸和活塞间的密封不好，四处漏汽。
由于试验的耗费，使瓦特的经济状况倍感艰辛，无力继续试验。从天性上说，瓦特本是个性格忧郁的人，而且对痛苦和不安有些神经质，一碰上不顺利的事就会表现出心灰意冷的情绪。每遇到这种情况，妻子米拉总是温柔地鼓励他，为此，瓦特十分感激她，把她当成自己的主心骨。这次又是在妻子的鼓励下，瓦特又重振精神，在别人的资助下，继续试验。可是接着的数次试验，也都因材料和工艺问题未很好解决而失败了。恰在这时，伯明翰一位有远见的实业家马瑟博尔顿看到了蒸汽机的潜在用途，主动请瓦特到他的工厂里去进行发明试验，并给以经济上的资助。在这里，瓦特又用了三年多的时间反复试验，并在有经验的制造枪膛的工人帮助下，制造出了较精密的汽缸和活塞，终于在1769年制成了装有冷凝器的新型蒸汽机，在试转中获得了预期的效果。冷凝器的发明是瓦特对蒸汽机改进的第一大贡献。
普通应用动力机的发明
瓦特的蒸汽机与纽可门蒸汽机相比，耗煤量减少了3/4，效率却提高了6倍，其他各项性能均得到明显改善。但由于它仍是一部“单向式”的蒸汽机（即只在活塞一端进汽，靠大气压力实现反向运动），所以它只能满足矿山排水的需求，还无法作为一般动力机在工业各部门普遍应用。
此时的英国，正处于技术大变革的前夜，一场人类历史上空前的工业革命正在这里拉开序幕。这场革命的开端是由纺织机的改进开始的。一批工匠出身的杰出发明家如凯依、哈格里沃斯、阿克莱特等人，相继发明了飞梭、珍妮纺纱机、水力织布机等等，使英国纺织业的劳动生产率提高了几十倍甚至上百倍。但是，就它们的动力来看，还主要是人力和水力，由于受生理极限、地理、季节等因素的限制，使动力问题成为制约劳动生产率进一步提高的“瓶颈”。
这样一种社会环境促使许多人开始注意能否用蒸汽机为纺织业提供动力的问题。这当然也是瓦特完成了对蒸汽机的初步改进之后所关心的首要问题。事实上，瓦特在改进了单向式蒸汽机后并没有停步，他又全身心地投入了新的研究试验当中。经过十多年的努力，1782年瓦特终于发明了具有伟大历史意义的“双向式”蒸汽机。这种蒸汽机通过一个滑动阀的控制，在活塞的两端轮流进汽、排汽，推动活塞作连续而均匀的往复运动。瓦特在1784年4月为“双向式”蒸汽机填写的说明书中，不再把它的蒸汽机看作是为特殊目的所进行的发明，而是把它看作是大工业可以普遍应用的动力机。
为了实现蒸汽机在工业上的普遍应用，还必须把活塞的往复直线运动转变为旋转运动。因此，瓦特同时又发明了曲柄连杆机构。这样，活塞的往复运动，通过曲柄连杆就转化成了主轴上的旋转运动。“双向式”蒸汽机和曲柄连杆机械的结合，使蒸汽机成为名副其实的“万能发动机”，即可普遍适用于工业生产。这两项发明成为瓦特对蒸汽机的第二大贡献。
除此之外，瓦特还为使蒸汽机的功能达到完善化而作了大量的工作。例如，采用空气泵来排除汽缸中残存的空气和水；使用涂油的衬垫来提高活塞的密封性能；在汽缸和汽缸外罩之间设置蒸汽夹套来防止散热，以便保持汽缸的温度；采用高于大汽压的蒸汽，使它在汽缸中膨胀来作功，为大幅度提高蒸汽机的效率开辟了新的途径；他还发明了示功器，可以将蒸汽的压力与其体积的关系描绘成一个图。此外，瓦特还有一项值得提及的重要发明，这就是离心式调速器。这是一种利用离心原理自动调节汽缸的进气量，从而保证蒸汽机主辆转速保持稳定的装置。这种装置的工作原理是：在一根能够旋转的垂直轴上系有两个金属球，用蒸汽使垂直轴旋转。当垂直轴开始旋转时，由于离心作用，金属球就会上升。汽缸里蒸汽过多时，调节器的垂直轴的旋转就加快，金属球于是就上升得更高，从而使阀门部分闭合，进入汽缸里的蒸汽也随之减少。蒸汽压力小了，垂直轴的转速也随之减慢，于是金属球在重力作用下开始下降，阀门又被打开，更多的蒸汽又进入汽缸。这样，进入汽缸里的蒸汽量得到了调节，可以基本保持不变，蒸汽机有了不断修正自己“错误”的“头脑”。因此，它可以说是最早的“自动控制”装置。它的意义也许并不限于装置本身，更重要的是，它所体现出来的“自动控制”原理给后辈技术发明家以深刻启迪。美国著名科普作家阿西莫夫据此认为，瓦特是“点燃两次工业革命的导火线”的人，即他不但以蒸汽机的改进发明而推动了第一次工业革命，而且当代正在经历的“自动化革命”也可追溯到他那里。
众所周知，早在远古时期，人类的祖先就学会了利用机械能来获得热能——钻木取火，这是人类向利用自然能迈出的第一步。第二步是其逆过程，即热能转化为机械能。蒸汽机的发明，特别是瓦特蒸汽机的发明标志着人类真正掌握了一种巨大的自然能源。这一步整整跨越了近百万年。瓦特蒸汽机的发明，使人类获得一种稳定可靠地把热运动转化为机械运动的机械装置，找到了一种效率高、能力大且燃料来源容易的原动机。瓦特蒸汽机发明后，迅速在采矿、纺织、冶金、机器制造、磨坊等各种行业中被广泛应用，大大提高了劳动生产率，促进了旧的工场手工业向机器大工业的迅速过渡，直接推动了18世纪的工业革命的深入开展。也由于瓦特蒸汽机的出现，才导致了火车、轮船的发明，使人类社会进入工业文明时代。因此，瓦特蒸汽机不但是科技史上有伟大意义的发明，而且是人类社会发展史上的一个重要里程碑。恩格斯对蒸汽机的发明曾给予高度评价：“蒸汽机是第一个真正国际性的发明，它使工场手工业时代迟慢的发展进程变成了生产中真正的狂飙时期”，“是社会领域中实现了巨大的解放性的变革。”
成功的动因
瓦特以其在蒸汽机改进方面的巨大贡献而于1784年被推选为爱丁堡皇家学会会员，1785年又被选为英国皇家学会会员。以技术工人的身份而进皇家学会，这对皇家学会来说还是首例。1814年，瓦特又作为外国专家而成为法国科学院院士。
一个没有受过良好教育的普通工人，却为近代技术和社会发展作出如此重大的贡献，其成功的秘诀何在呢？这一直是一个为众人所关心却又众说纷纭的问题。
有人说，瓦特的发明是在很多人的启示帮助下取得的。这种观点是有道理的，因为任何发明都要继承前人创造性的成果。如果没有萨弗里、纽可门等前辈的成果，也就谈不上瓦特对蒸汽机的改进；同样，如果没有同时代的许多学者、工匠的帮助，瓦特要取得这样的成就也是不可能的。瓦特在发明冷凝器时，格拉斯哥大学的学者布莱克提出的潜热、比热等理论曾给他以启示。另外，如果不是伯明翰有经验的工匠帮助他解决汽缸和活塞的精密加工问题，瓦特的工作也很难最终完成。正如马克思指出的：“瓦特等人的发明之所以能够实现，只是因为这些发明家找到了相当数量的、在工场手工业时期就已准备好了的熟练的机械工人。”发明家们首先要继承前人和同时代的各项成就，然后才能有所作为。同时，蒸汽机的发明也是时代的产物，是当时社会生产的需要使蒸汽机由玩具、设想而成为社会普遍应用的动力机。
但另一方面，这决不意味着发明家本人的作用会因此而变得无足轻重。事实上，任何发明，尤其是其中最激动人心的篇章，总是由发明家的创造性才能谱写成的。从这个角度来看，蒸汽机的成功改进，又是瓦特的优秀品质、创造性才能和勤奋工作的结晶。
有人把瓦特的成就仅仅归功于瓦特的“天才”，实际上这只说出了问题的一个方面。在瓦特身上确实凝聚着好学、好奇、好问、善于动脑等有利于成为发明家的优良品质，这些品质是瓦特取得成功的重要条件。但更重要的还在于他善于发现问题，脚踏实地，坚持不懈，勤奋学习，勇于探索，这些在后天的实践中磨炼出来的优良品格鼓舞着瓦特勇于进取，去攻克一个又一个难关。瓦特虽然性格忧郁，但又是一个百折不挠的人，他善于灵活转移发明的目标，从而使他所设计和制造的蒸汽机日趋完善，这也正是他成功的奥秘所在。
瓦特勤奋学习不但表现在提高自身的业务能力方面，而且表现在他具有广泛的兴趣爱好。为了阅读外国科学技术书籍，他自学法文、意大利文、德文，并达到了精通的程度。他对古代史、法律、艺术、哲学等也十分感兴趣，并且十分喜欢音乐。此外，瓦特还是一位出色的土木工程师，他广泛参与了桥梁、运河、港口设施的设计，受到了人们的尊敬。
当然，瓦特把主要精力都投入了他最喜爱的机械发明制作方面。在改进蒸汽机成功之后，他并没有止步，直到晚年，仍在孜孜不倦地从事机械方面的研究，并取得了许多新的建树。
1819年8月25日，瓦特在休斯菲尔德的家里去世，终年84岁。为了纪念这位将人类带进工业社会大门的伟大发明家，在修建的很多纪念碑上面都刻着“ingenioetlabore”（“才能加努力方能成功”）的文字。
莫兹利开拓人类机器时代
今天的人们常说，当今的时代已进入信息文明的时代。严格地说，今天应该是信息文明的开始时期，机械文明的成熟时代。信息时代的来临是由于计算机的发明和应用。那么，机械文明时代又是由于什么样的发明和应用才开始的呢？机械文明时代是由于“用机器生产机器”才真正开始的。人类早就可以用手工工具来生产机器，但真正能够用机器生产机器，还是18世纪末期的事情，因为直到那时才发明了机床。机床本身是机器，但它又可以生产出各式各样的机器来。在机床的发展史上，有一个人作了杰出贡献，他就是英国的发明家莫兹利。莫兹利因发明了车床和滑动刀具，而被称颂为人类机器时代的开拓者。
制锁工人
进入18世纪以后，在欧洲各地出现了很多锁匠和钟表匠。他们都是当时在机械制造技术方面最有本事的人，在英国也有一位机械制造技术的权威人士，名叫约瑟夫布拉马，他是一位著名的安全锁的制造业者，他的制锁厂成了每个想成为一名真正的机械工匠的人所向往的地方。当时，有一位年青的学徒工，早就有到布拉马工厂去学技术的愿望，可就是没有机会；而且由于他的七年学徒期未满，即使有机会也去不成。这个年青人就是莫兹利。
亨利莫兹利于1771年8月22日出生在英国的考文垂。父亲是个退伍军人。莫兹利小时候基本上没受过正规教育。12岁时就进了考文垂兵工厂做工，在该工厂制造炮弹。14岁时进入一家造船厂，跟随一个细工木匠当学徒工。但是莫兹利对学木工没什么兴趣，他平时最喜欢的是机械，尤其喜欢铁匠铺中的锻工机械，经常偷空去离他家不远的一家铁匠铺观看锻工们用汽锤加工铁制品。有时他一看就是半天，甚至忘记了回家吃饭。最使他感到奇妙的就是，一块在他看来坚硬无比的铁疙瘩，一到了锻工们的汽锤下，竟能如此顺从人意，让它呈什么形状它就会成什么形状。父母见小莫兹利如此迷恋这一行，便逐渐改变了让他当木工的想法，并在他15岁这年托人将他送进了这家铁匠铺当了一名徒工。这下可遂了他的心愿。他热心学习，拼命地干机械活，在较短的时间里便成了一名得力的助手，并练就了一身金属加工工匠所必备的全面技能。特别是他使用锉刀的本领之高，达到了整个铁匠铺没有人能与之匹敌的程度。当时铁匠铺里的老工匠们都十分喜爱这个勤奋能干的年轻人，他们曾不无夸赞地评价莫兹利说：“什么工具他都喜欢使用，即便是使用18英吋的锉刀，他也有很高明的本领。”值得一提的是，当年莫兹利在这里制作和使用过的直角尺和卡钳，直到今天仍被人们保留着。
也许是天遂人愿，当莫兹利要想到布拉马工厂去学习技术的愿望日益强烈的时候，一个偶然的机会，使他真的如愿以偿了。
布拉马发明了一种新型锁，其防撬性能胜过以前的任何一种锁，这就是我们今天仍在普遍应用的暗锁。他在自己的铺里展出这种锁，并在旁边立块牌子，上面写着：“谁能打开这只锁，甘愿奉送二百英镑。”消息传出，世人为之轰动。一时间许多人前来试图打开这只锁，但都没有成功。布拉马的制锁手艺成了人们街谈巷议的话题，同时也引来了更多的人到他那里来定做锁。布拉马用这种奇特的方法所作的广告，获得了成功，但同时也使他简直有些应接不暇了。为此，他想雇佣一名能干的技工做他的帮手，于是便委托一位手艺人帮他物色。这位手艺人恰好与莫兹利是老相识，他早就了解莫兹利的才干，便毫不犹豫地把莫兹利推荐给了布拉马。
莫兹利当时只有18岁，尚未出徒，但由于他的天资和勤奋，实际上已是一个技术高超的工匠了。当这位朋友把莫兹利带去见布拉马时，布拉马见他还是一个稚气未退的毛孩子，且听说尚未满徒，对他能否胜任自己这里的工作感到有些不放心，因此脸上现出犹疑的神色。为了打消布拉马的疑虑，于是莫兹利便主动提出可以对他进行当场考核，如不胜任，绝不勉强。布拉马见他态度如此坚决且充满自信，心中已有些暗暗喜欢上了面前这个小伙子。他拿出几种金工工具，让莫兹利为他加工几个零件，并说明了技术要求。莫兹利拿出工具，十分娴熟地干了起来，不一会儿，一个零件就被加工制作出来了。布拉马拿起一看，不禁感到有些惊奇，如此年轻，竟有这样的好身手！他高兴地转身对莫兹利和那位朋友说：“好了，小伙子，你如果不反对的话，明天就可以到我这里上班了。”莫兹利和他的朋友都会心地笑了。布拉马更觉兴奋，因为他正计划制作一种既精密而又价格低廉的锁，他看出面前这个年轻人身上完全具备他所要求的技术素养，一定会成为自己得力的帮手。从此，莫兹利便投身到布拉马的手下。
布拉马出身于贫苦农民的家庭，他心地善良，待人热情。在他手下工作，莫兹利不仅在技术方面，而且在精神方面，都受到师傅良好的影响；加上他本人工作积极，喜爱钻研，很快在各种技术能力方面都达到了更高的水平，被公认为布拉马工厂里最有才能的机械工。因此，在他进厂不到两年时，布拉马就提拔他当了总工长。
制锁厂里的“秘密武器”
莫兹利担任总工长后，工厂接到了一批生产安全扳手的订货。由于安全扳手的精度很高，加工时间很长，一时间很难及时满足订户的需要。为此，莫兹利开始进一步考虑如何提高整个工厂的效率问题。他认识到工具是提高效率的关键。因为即使在这座被认为是英国最高水平的工厂当中，所使用的工具都是传统的手工工具，即锤子、凿子、锉刀、锯子等等，不但生产效率低，而且加工精度很难保证。那么，如何改进它们呢？
莫兹利是一个喜欢交际的人。他1.85米的大个子，双眼炯炯有神，显得仪表堂堂。加上他语言幽默，性情活泼，待人接物态度亲切，且性格豪爽，无论谁和他初次打交道，都会很快地融洽起来。这些特点为他赢得了众多的至交好友。朋友多，信息灵通，也使他自己的工作受益匪浅。这次莫兹利从一位同行那里得知，有的工厂已制造出一些机械工具，用于金属加工效果很好。于是在他的提议下，布拉马工厂引进了部分机械工具来协助手工工作，结果确使生产效率和精度大大提高，从而满足了安全扳手的订货需求。
莫兹利是一个永不满足已有成功的人，他没有就此止步。从这一件事里他得到启发，使他进一步考虑，是否能制造一般的工具机来生产各种不同类型的高精度机件呢？通过进一步分析，他发现无论多么复杂的机械装置，其金属部件的各个部分都是由具有圆形、方形或圆柱形等特殊几何形状或组合形状构成的。一根真正精密的转轴应当是个完美的圆柱体，理想的螺丝则是在圆柱体表面上有一条完美的螺旋线。如果有一台工具机，能在金属上加工出真正的圆柱面或平面，并在金属部件上切削出圆孔或方孔，这样就可以快速而大量地生产高精度的机件了。本着这样的想法，莫兹利先仔细地研究了已有的机械工具。
在莫兹利之前，人们已有了几种机床的发明。瓦特制造蒸汽机时，就曾用镗床来加工汽缸。简易的车床在古代就已发明了，如弓形车床，它是用来加工圆柱面的。床身是木制的，用来固定被加工的工件。车床是用人作动力，即把一个弓固定在人的头顶上，在弓弦中间拴上一条绳子，这条绳子绕过被加工的工件，底端固定在脚踏板上。当踏动脚踏板时，靠绳子的摩擦力带动工件往复旋转，这时人手拿着工具就可以对工件进行加工了。到了15～16世纪的时候，又开始大量使用曲轴机构。人踏动踏板，通过曲轴转动，就可以获得连续的旋转运动。莫兹利当时所能见到的车床仍然是这种木制车床。他经过对已有的车床观察认为，现有的车床有三大缺点需要改进：一是支持工件的床身是用木头做的，容易变形，因而常使工作件在定中心和校直时受到破坏；二是用脚踏板驱动太费力，无法加工大件金属材料；三是手持刀具难以做到精密、稳定的加工，特别是要加工那些尺寸要求较严格的部件时，不经过长期训练的人是加工不出来的。当莫兹利考虑改进车床的时候，一场轰轰烈烈的工业革命正在欧洲大地展开，由瓦特发明的蒸汽机已进入实用阶段，阿克莱特等人建立的纺纱厂已经使用蒸汽作动力。莫兹利很自然地想到，可以用瓦特蒸汽机代替人力来为机床旋转提供动力。这样，第二个缺点即可得到克服。第一个缺点可用铁来代替木料，也不难解决。惟一困难的是想个什么办法能不用手来实现刀具和工件的接触呢？为此，莫兹利开始了艰苦的攻关。他按自己的设想制作了模型，开始整天埋头于构想和实验之中，简直到了废寝忘食的程度。他的行动，使布拉马大为感动，于是，也加入了莫兹利的攻关行列，帮他出主意，想办法，并允许他自主地调动工厂里的人、财、物，供研究之用。他们曾提出过很多设想来实现非人力的刀具和工件的接触，最终确定，必须用一个铁架来把刀具固定在床身上。但随之而来的问题是，如何才能实现刀架沿工件径向的进刀和轴向的移动，从而保证加工出一个完整的圆柱形表面。经过苦思冥想和反复试验，径向的进刀问题被攻克了，即在刀架上安装一个手柄，摇动手柄，带动一组螺旋机构，进而带动刀具前后移动。最后只剩下刀架的轴向移动尚未解决。一个偶然的机会，为这个问题的解决带来了转机。一天，莫兹利车床模型用的蒸汽机坏了，他为了查找病因便将蒸汽机拆开了，当他摆弄蒸汽机中可以来回移动的滑阀时，突觉眼前一亮：为什么不可以用滑动的办法来实现轴向移动呢！
1794年，莫兹利终于制造出第一台车床。这台车床便是现代车床的鼻祖，它比以往的车床有三点重大的改进：一是车床的全部零部件由铁制成；二是采取了蒸汽驱动；但主要的改进还是采用了滑动刀架。有了它，刀具不再拿在工人手中，而是固定在刀架上。刀具用两根丝杆送向工作件，还可以沿工件的旋转轴平行移动，车工只须操作手柄就可以了，这样就使车工省去了为按压和操纵刀具付出艰苦的体力劳动。更重要的是，有了滑动刀架，可以大大提高加工的精密度，车刀可以以百分之一英寸的精度移动，不会再因为车工的无意动作或肌肉收缩而产生颤抖和冲击。另一个优越之处是，滑动刀架和蒸汽机的结合不但大大提高了加工速度，而且极大地拓展了加工范围。有了这种发明之后，机器各部分所必要的几何学形状，就能容易地、准确地、迅速地生产出来，即使最熟练的工人积累的经验，也不能做到这样。的确，在此以前要加工平滑如镜，没有坑坑洼洼的表面很少获得成功，而现在每个车工都能做到。
人们也许以为，有了车床就可以向纺织机制造、蒸汽机制造等行业提供迫切需要的精密零件了。但在1794年莫兹利发明第一台车床时，其直接目的还是着眼于提高布拉马工厂的生产效率和产品质量，所以此后莫兹利又造了几台这样的车床，都是作为秘密武器在工厂内部自用。布拉马为了保持自己在本行业的竞争优势，也不希望把车床在社会上普遍推广。1849年，布拉马的一位朋友约翰费亚利在回忆中记叙了当年的情景：“在布拉马的秘密工厂里，有几台新奇的机器，这是当时其他同类工厂中所没有的，这些机器都是由莫兹利制造的。”由于这个原因，这项伟大发明的巨大社会效益，在他最初发明的几年中被压抑住了。恰在此时，莫兹利的命运中出现了第二次重要的转折，从而也为这一问题的解决带来了转机。
发明家兼企业家
1793年，莫兹利与布拉马家中的女佣人萨拉台茵达尔结了婚。1797年，由于家庭人口增多，莫兹利要求增加工钱，但是遭到了布拉马的拒绝。于是，在工作了八年之后，他离开了布拉马工厂，并在牛津附近的威尔士大街建立了自己的新工厂，开始独立经营。当时莫兹利只有26岁。自立后的第一批主顾是前来定做新式铁画架的艺术家。他带领工人们小心谨慎地制了尺寸正确的优质产品，由此取得了信誉，订货便接踵而来。莫兹利的名声逐渐传开了，这使他在1800年赢得了第一项大宗订货——为海军部制作大批的船用索具的标准滑轮。他于1801年画出了图纸。但要完成这样大规模的生产任务，工厂现有的场地和人手都显得力不从心。为此，莫兹利于1802年把工厂搬到珍珠大街，将工厂规模扩大，雇用了80个工匠，并在同一年自制了制作滑轮的全部机械设备，仅制作的机床就有44台。经过莫兹利的努力，终于顺利地完成了海军部的这批订货。这批滑轮制成后被海军部安装在普茨茅斯港，成为该港长期使用的重要设施。这使得莫兹利的名声更高了，生意也更兴隆了。
尽管生意兴旺，可是莫兹利还是没有忘记自己心爱的车床。就在他独立办厂的第一年，即1797年，他对车床又作了一个重要改进。在此之前，他的车床刀架在工件轴向的移动仍需靠手动，这一次他在车床的床身中又设置一旋转的丝杠与驱动轮连接，使丝杠的旋转带动滑动刀架均匀地沿着工件的轴向移动，使刀架在工件的轴向进给实现了自动化。这样一来，车床上转动的任何材料都能够自动地加工成为一只精密的圆柱体。它的大小取决于工件的最初表置，而且只要装置好了，车床就能生产出任何数量的同样的圆柱体。由于这样的改进，就使车床在社会上普遍推广的条件更为成熟了。
事实上，莫兹利不仅是一个高明的技术权威，而且还是一个有远见卓识的企业家。这时，他已经开始考虑要把他的发明实现产业化，要把车床作为商品到市场上去销售。当时虽然已经有了以纺纱机、机械织布机和蒸汽机为产品的机械制造厂，但几乎都是一些以手工技术为基础的小作坊和制造所。由于缺乏机械化工具，这些机器全是工匠用手工工具，通过砍、凿、铲、削等方式一台一台单独制造出来的，不但成本高、产量低，更为严重的是，机械零件缺乏必要的精度，很难令顾客满意。如齿轮常常不能完全咬合，丝杠和螺母互相撞击，蒸汽机的活塞同缸壁间的间隙甚至能容下两个手指，为了不漏气、能动作常常不得不用破布填塞。因此，在机械制造业中采用机器生产，不但是机械行业自身的迫切需要和当务之急，而且关系到工业革命能否最终得以完成的大局。莫兹利看到了这一前景，也看好了这块大市场。作为一个发明家，也许他首先想到的是发明的完善化；但作为一个企业家，首先想到的就是市场，因此就要把发明的成果商品化。
1810年，莫兹利的工厂迁移到兰帕森，并进行了扩建。与此同时，他吸收了一个出资者，成立了莫兹利福尔德商会，把原来的工厂发展成为机床生产厂家。
莫兹利在他的机床厂中，又搞出了许多新的发明。如他发明了锅炉钢板的打刻机，使过去的手工打刻改用机械进行了。此外，引人注目的是，他通过改进车床而实现了各种尺寸标准的螺纹的制造。
自从螺纹问世以来，它就被广泛地应用于机械设备和日常生活中，因此，自古以来，人们就非常注意螺丝、螺纹的制造。但以往都是靠手工操作，制造出来的螺纹精度较差，配合效果不好。莫兹利为了改进螺纹的制造，又发明了可以带动刀架平行于车床中心线运动的耦合器具，这样就能在圆柱体上刻出螺旋状的痕迹，然后再用刀具沿螺旋线切削成螺纹。此外，他还采用了齿轮组合体把主轴箱与丝杆连结起来，只要选用不同直径的齿轮，车床就可以多级改变丝杆的转速，从而可以实现加工不同螺距的螺纹。
莫兹利不但创造出正确加工螺纹的方法，而且还利用螺纹机构制作了各种测量器具，对提高加工精度作出了重要贡献。其中一项，便是他所制作的准确测量零件尺寸的千分尺，其精度可达0.0001英寸。这种千分尺直到今天仍然被机械工厂的工人们应用着，用来测量加工零件的尺寸。
在莫兹利的工厂中，还制作了极为平整的平面，作为加工平面的标准检测设备。在机械制造中，除了圆柱体和螺纹以外，平面部件或真正的平面也是不可缺少的。如在车床床身上，平面对于保证滑动刀架的平稳移动十分重要；蒸汽机滑阀的启动部位也需利用平面。以往生产平面的方法是将一个铸件或者锻件的面用铲子修成大体上是平的，然后再用另一个已制定为是平的面来研磨它。利用这种方法生产出来的平面是很不精确的，因为即使两个面在所有点上都接触，也不能保证两个平面就一定是平的，而很可能出现一个平面凹一个平面凸的情况。在莫兹利的亲自指导下，他的徒弟——后来也成为著名机械专家的约瑟夫惠特沃斯，研究并解决了真正平面的制作问题。惠特沃斯认识到，两个在所有点上紧贴的面并不一定是平面，但要是有三个面能两两紧贴的话，那它们就一定是真正平的。这样，在实际制作平面时，用三个平面互相研磨，就可以同时研磨出三个平面来。在莫兹利的工厂中，利用这种方法成功地制出了标准平面。这以后就可以将这种标准平面放在操作者身边，供作加工新平面的标准使用。莫兹利的另一位高徒、蒸汽锤的发明者詹姆斯纳斯米希当时曾经赞赏地称这种方法为“空前的绝招”。
经过莫兹利本人和他众多的徒弟们的不懈努力，莫兹利工厂的机械制造技术达到近乎完善化的程度，莫兹利本人被公认为是英国机械制造业的最高权威，他和他的工厂指导着英国的机械工业，莫兹利工厂生产的机床都要打上莫兹利的刻印。在生产机床的过程中，莫兹利还注意使其结构不断简化。他的工厂里整天顾客盈门，用户们都赞叹他的车床名不虚传。1832年，美国技术家塞勒访问了莫兹利工厂，后来他称赞说，莫兹利所发明的切削螺纹车床，堪称一切车床之父，这是一种靠齿轮的组合而切削不同螺距螺纹的绝妙的机器。
莫兹利的一生，以其众多的发明奠定了近代机械制造业的技术基础，而他带头推进其发明的产业化又使他成为“用机器生产机器时代”的开拓者。正是由于车床的发明和普遍推广，才使得用大机器工业取代工场手工业的第一次革命得以最后完成。
注重人才培养
在莫兹利一生的众多发明中，最重要的还是滑动刀架的发明，这是具有划时代意义的发明。正是由于莫兹利发明了滑动刀架，启发了整整一代机械发明家。他们通过掌握滑动原理，并以不同的形式把它运用于自己的发明活动中，相继发明了镗床、刨床、插床、钻床和其他各种机床。其中刨床是由莫兹利的高徒之一约翰克莱门特于1825年发明的。
莫兹利的一生，为机械加工技术的发展竭尽了全力，同时还培养了许多优秀的机械人才。在莫兹利工厂工作过的许多机械技师，在莫兹利的亲自教诲和指导下，都练就了一身坚实的技术功底。莫兹利积极推进发明革新的产业化和勇于创业的精神也深深地影响了他们，这些人后来都成了领导英国工业界的优秀技术家。除了发明刨床并积极推进精密机床制造工作的约翰克莱门特外，还有发明船用发动机的詹姆斯西瓦德，有制造机床的威廉姆亚；有创办机车工厂、发明自动纺纱机，使动力织机最早付诸实用的理查德罗伯茨；有成为19世纪最大的机床制造商的约瑟夫惠特沃斯，以及建立了许多机械工厂，发明了落锤高度可调节的蒸汽锤的詹姆斯纳斯米奇。
在众多的高徒中，有一位值得专门提到的是约瑟夫惠特沃斯。他曾想出了“空前的绝招”，制作出标准平面；曾制成了能测量出一英寸百万分之一误差的标准螺旋规；经他改进的精密车床、刨床、磨床和牛头刨床，使他在1851年的世界博览会上赢得了全球性的声誉。但是他的最大功绩是结束了螺纹尺寸和种类杂乱不堪的局面，创立了标准化螺纹的生产。这是现代互换式生产的开端。以后，美国的伊莱亚斯惠特尼在这个思想的基础上创立了标准化——互换式的生产体制，后来汽车大王亨利福特又将其与流水作业相结合，形成了近代机械工业的大批量生产体制，并为当代的计算机控制的自动化生产奠定了技术基础。
1831年1月，莫兹利为了探望一位患重病的法国朋友，远道前往波洛纽，在那里呆了一个星期，直到朋友的病情好转方才离去。在归途中他患了流行性重感冒，回到兰帕斯便一病不起，不幸于1831年2月14日去世，终年59岁。人们为一代机械技术宗师的辞世而悲伤不已。按照他生前的设计图，人们在圣麦利教堂里为他修建了墓葬，以此来缅怀这位伟大的发明家。
新时代的开创者爱迪生
爱迪生是美国的一位伟大的发明家、企业家。他的名字不仅在我国，而且在全世界也是家喻户晓的。“爱迪生”三个字一直被人们看做是勤奋与天才的象征，尤其是对千百万青少年，它就像一块巨大的磁石，有着强烈的吸引力。
爱迪生除了在留声机，电灯、电话、电报、电影等方面的发明和贡献以外，在矿业、建筑业、化工等领域也有不少著名的创造和真知灼见。爱迪生的一生，总计有一千多项发明，也就是说，当他进入成年之后，几乎平均每两周就申报一次发明专利。爱迪生之所以受到各国人民的敬仰，正如一个美国作家所说：“他虽不发明历史，却为历史锦上添花。”
的确，爱迪生为我们开创了一个崭新的电器时代，虽然他离开我们已半个多世纪，可我们日常生活所接触到的许多方面，都依然闪烁着爱迪生智慧的光芒。他的名字连同其发明一道被世人代代传颂着。那么，爱迪生究竟是怎样成了一个世界闻名的伟大发明家的呢？
笨鸟先飞的小报童
在伊利湖南岸不远的小镇米兰，有一座规模一般，但生意颇为兴隆的木材场，场主山墨尔爱迪生与他的妻子南希和孩子们就生活在这木材场的一座小楼内。他们已生有6个孩子，但有3个孩子因病夭折。在1847年2月11日他们的第7个孩子又出世了。这时山墨尔已经43岁，而妻子南希也37岁。夫妻俩中年得子自然喜悦万分。山墨尔为他们第7个孩子起名叫：托马斯爱迪生。小爱迪生的出世虽减缓了夫妻俩连失3子的悲痛，但为他单薄、瘦弱的身子骨儿，又增添了几分担心，特别是母亲南希总是担惊受怕。好在爱迪生瘦弱的小身体一天天壮实起来，她心上的一块石头才落了地，脸上挂起一丝笑意。
转眼间，小爱迪生已经咿咿呀呀能说会跑了。那一天，加利福尼亚州掀起了淘金热潮，人们一群群、一伙伙，打他家门前路过，梦想着到金矿上去谋求美满的生活。爱迪生混在人群当中，跟在人家屁股后问个不休。如：“你们上哪儿？”“加利福尼亚远吗？”“金子是啥呀？”等等。
这孩子就是这么个习性。他跟上面的哥哥姐姐不同，老爱问，问了就想，想了就模仿去做。有一天，爱迪生好像忽然发现了什么，他将妈妈南希拉到一边，面带神秘地告诉妈妈，一只母鸡不知得了什么病，将它下的蛋都放在它的屁股下面。妈妈听了笑眯眯地告诉他，鸡什么病也没得，那是它将要孵小鸡呢。于是南希便耐心地将孵小鸡的经过讲了一遍，爱迪生若有所思地离开了妈妈。
当天下午，这孩子突然不见了，接连好几个钟头不露面。一家人急得团团转，四处寻找，也不见他的踪影。结果，山墨尔跑过邻居家仓库门前，往里一瞧，嗬！小家伙在人家仓库里做了个“窝”，里面放了些鸡蛋，一本正经地蹲在上头孵小鸡哩！
1855年，爱迪生8岁时，才进入一所白人开办的学校去读书。在学校里，每逢测验考试，爱迪生的成绩几乎总是最差的一个，平时他总向老师提一些与学习不相干的问题，老师对此很反感，仅仅上了3个月的学他就眼泪汪汪地被撵回了家。他告诉家里人说，老师斥责他为“糊涂虫”。
母亲南希听到后，非常生气，她拉起爱迪生来到学校找老师评理。爱迪生的班主任老师对此不冷不热地谈了他的观点。这一下激怒了南希，她拉住小爱迪生的手，气愤愤地说：“走，回去，孩子！这学咱们不上了，往后妈妈自个儿教你。”
从此，做母亲的肩上，除了料理日常家务以外，又挑起了教育孩子的重担。母亲发现孩子对物理、化学特别喜爱，专程上街买了本《派克科学读本》给他。这书在当时是本很有名的著作，专讲物理和化学上的实验，有简单扼要的说明，有详详细细的插图。爱迪生照着书本，自个儿琢磨着，把上面讲的道理，一条条搬下来亲手试验。只要能试的，不试成了不罢休。
没过多久，光照书本办事已经嫌不过瘾了，于是他就向外发展，别出心裁地去找一些对象来试。有一回，他读到富兰克林在电学方面的发现，便去弄来两只大雄猫，用根铜丝把两条猫尾巴一拴，使足力气在猫脊梁上狠命揉搓，想搞摩擦生电的实验。结果摩擦生电没试成，反倒给两只大雄猫狠狠抓了几家伙。
1859年，格兰德特伦克铁路部分通车，其中包括距离爱迪生家不远的休伦港到底特律的南北单线列车。12岁的爱迪生认为铁路为他提供了新的机会，他终于说服母亲让他在休伦港驶往底特律的早班列车上担任报童。
早班列车清晨7点从休伦港出发，行驶63英里，4小时后抵达底特律，下午5点30分往回开，9点30分抵达休伦港。这14个半小时的工作日对年轻的爱迪生来说，有双重益处。作为报童，他除了靠卖报赚钱，还可以代销糖果。此外，列车要在底特律逗留6个小时，他又能利用这段时间在青年人协会的阅览室里读书。那里不久就被开辟为底特律公共图书馆。
然而，当爱迪生的生意刚刚开始不久，就有一件意外的不幸发生了。那是一个天气略阴的早晨，爱迪生背着一大叠当天的报纸在火车厢内叫卖，这时混合列车进入了富拉瑟车站，于是爱迪生就下车去了车站。谁知那天车站上的人特别多，买报的人竟将他团团围住，开车的铃声响起，爱迪生才猛然意识到情况紧急。于是，他挣脱人群，迅速跑向列车，但这时列车已徐徐开动，他紧奔几步，抢到最后一节车厢，抓住了车后的扶梯，但无法攀上去，差点被甩了下来，因为那时的列车扶梯离地面很高。一个列车员赶来了，伸出一双大手，抓住爱迪生使劲一拎，将他拎进了车厢。
列车员只顾救人，他根本没有想到，他偏巧抓的是两只最经不起震荡的耳朵。爱迪生叫他这么一抓，只觉得耳朵里“嗡”的一声响，疼痛难忍，之后就听不到声音了。
母亲得知这件事后，大为伤心，领着爱迪生几经求医，仍无结果。从此爱迪生在漫长的一生中一直饱受耳聋之苦。
爱迪生从此进入了一个寂静的世界，但他的心情并未因此消沉下去，他仍然在列车上卖报。后来，他发现每天的列车都挂一节备用的货车车厢，他把那里变成了旅行阅览室和实验室。而且未经许可，就在那儿开始了印刷工作。他弄到一架手推印刷机，又从一位在《底特律自由新闻》报社工作的朋友那里讨来了足够的铅字，这样，他每星期能印出400份《先驱报》出售，剩余的时间他就在车厢里埋头搞实验。
一次，他在实验中不慎将盛有磷的容器碰洒，磷块与其他药液混合立即在车厢里爆炸起火，结果连实验品带印刷机都被人扔出了车厢，就连在火车上卖报的差事也差点丢掉（也有一种说法说他的耳朵就是因此事被列车长打聋的）。
后来，碰巧一个偶然的机会，使爱迪生从一名报童成长为一名具有正当职业的电报员。那是一个阳光灿烂的下午，爱迪生发现了一个身处危险境地却全然不知的小男孩正在火车道上垒石子，一节被甩掉入库的货车车厢正向他驶去，爱迪生见状急忙把报纸连同帽子扔在站台上，一个箭步冲上去救出了孩子。但两人都头朝下摔到了尖锐的碎石上。他们摔得那样狠，以至于碎石末都嵌进了肉里。当孩子的父亲——车站站长、优秀报务员麦肯齐赶来时，他感激得说不出话来。为了表示谢意，他答应教爱迪生有关收发报技术。从此，爱迪生的天才便在这一领域内展示出来。
