蒸汽机原理的应用
蒸汽机需要一个锅炉来烧水产生高压蒸汽。这种锅炉可以使用木材、煤、石油或天然气甚至可燃垃圾作为热源。蒸汽的膨胀推动活塞做功。
世界上第一台蒸汽机是1世纪古希腊数学家亚历山大的希罗发明的Aeolipile，这是蒸汽机的雏形。[2]
大约在1679年，法国物理学家丹尼斯·帕潘在观察到蒸汽从他的高压锅中逸出后，制作了第一台蒸汽机的工作模型。同时代的塞缪尔·莫兰也提出了蒸汽机的想法。[2]
托马斯·塞维利亚于1698年制造了早期的工业蒸汽机，托马斯·纽科门于1712年制造了早期的工业蒸汽机，他们都为蒸汽机的发展做出了自己的贡献。
16年底到17年底，英国采矿业尤其是煤矿已经发展到相当规模，仅靠人力和畜力难以满足抽干地下水的要求，而现场又有丰富廉价的煤炭作为燃料。现实的需要促使许多人，如英国的萨维里和纽科门，投身于“火力提水”的探索和实验。
萨弗里制造的世界上第一台实用的蒸汽水泵于1698年获得名为“矿工之友”的英国专利。他先在一个蛋形容器中充入蒸汽，然后关闭蒸汽进气阀，向容器外喷射冷水，使容器内的蒸汽凝结形成真空。打开进水阀，矿井底部的水在大气压力的作用下通过进水管被吸入容器内；关闭进水阀，重新打开进汽阀，利用蒸汽压力将容器内的水通过排水阀压出。当容器内的水排干并充满蒸汽时，关闭蒸汽进口阀和排水阀，再次喷水使蒸汽凝结。如此反复循环，两个蛋形容器交替工作，可以不断排水。
萨弗里的水泵依靠真空吸力抽水，抽水深度不能超过六米。为了从几十米深的矿井中抽水，需要在矿井深处安装水泵，利用高蒸汽压力将水抽到地面，这在当时无疑是困难和危险的。
纽科门和他的助手卡利在1705年发明了大气蒸汽机来驱动独立水泵，被称为纽科门大气蒸汽机。这种蒸汽机首先在英国普及，然后在欧洲大陆推广，直到19世纪初仍在制造其改型产品。纽科门的蒸汽机将蒸汽引入汽缸，然后关闭阀门，再将冷水注入汽缸，蒸汽凝结时造成真空。活塞另一侧的空气压力推动活塞。把一根杆子深深地插进矿井里来驱动水泵。蒸汽机活塞的运动通过这根杆传递给泵的活塞，把水从井里抽出来。纽科门大气蒸汽机的热效率很低，这主要是由于蒸汽进入气缸后，凝结在刚被水冷却的气缸壁上，损失了大量的热量。只在煤价低的产煤区推广。
瓦特运用科学理论逐渐发现了这台蒸汽机的缺陷。1765年发明了冷凝器与缸壁分离的蒸汽机，1769年获得英国专利。从1765年到1790年，他做了一系列发明，如分离式冷凝器、汽缸外保温层、用油润滑活塞、行星齿轮、平行连杆机构、离心调速器、节流阀、压力表等。，使蒸汽机的效率提高到原来纽科门机的三倍以上，最终发明了工业蒸汽机。
第一个很大的改进是通过阀门把汽缸和冷凝缸分开。瓦特在伯明翰发明了这项改进。这项改进提高了蒸汽机的效率。下一个改进是自动操作阀门。在早期，瓦特的蒸汽机仍然使用平衡杆和拉杆机构来驱动水泵。为了清除冷凝器中的冷凝物和空气，瓦特安装了一个空气泵。他还在汽缸外壁安装了夹层，并用蒸汽加热汽缸壁，以减少冷凝损失。
这些早期的真空蒸汽机效率有限，但相对安全，因为它们的压力相对较低，机器向内收缩而不是向外爆炸，以防材料损坏。它们的效率受到外部空气压力、气缸变形、燃烧和沸腾效率以及冷凝能力的限制。理论上的最大效率受限于水在普通大气压下相对较低的沸腾温度。高温高压蒸汽的使用大大提高了蒸汽机的效率。但这种蒸汽机比真空蒸汽机危险得多。锅炉和机器的爆炸造成了许多严重事故。安全阀在这里带来了很大的提升，压力过高时安全阀放气减压。但是安全的真正保证仅仅依赖于建造、操作和维护的经验和安全规则。
瓦特的创造性工作使蒸汽机迅速发展。他把只能提水的机械变成了可以广泛使用的蒸汽机，蒸汽机的热效率提高了一倍，大大降低了煤耗。因此，瓦特是蒸汽机的改革家。
18世纪后期以来，蒸汽机不仅广泛应用于采矿，还广泛应用于冶炼、纺织、机械制造等行业。它使英国的纺织品产量在20多年间增加了5倍(从1766增加到1789)，为市场提供了大量的消费品，加速了资金的积累，对运输业提出了迫切的要求。
在船舶上使用蒸汽机作为推进动力的实验始于1776年，经过不断改进，美国富尔顿制造了第一艘实用的开轮推进蒸汽机船“克莱蒙特”号。从那以后，蒸汽机在船上用作推进动力已经有一百多年了。
1800年，英国的特里维西克设计了一台高压蒸汽机，可以安装在更大的车体上。1803年，他用它推动在环形轨道上运行的机车，找喜欢新奇的人骑，给他们充电。这是火车头的原型。英国的斯蒂芬·孙不断改进机车，于1829年创造了“火箭”号蒸汽机车。机车以46公里/小时的速度牵引着一节载有30名乘客的车厢，引起了各国的关注，开创了铁路时代。
19年底，随着电力应用的兴起，蒸汽机一度作为电站的主要动力机械。1900年，美国纽约有一个单机功率五兆瓦的蒸汽机电站。
蒸汽机的发展在20世纪初达到顶峰。它具有恒转矩、变速、可逆、运行可靠、制造维修方便等优点，因此被广泛应用于电站、工厂、机车、船舶等各个领域，特别是在军舰上，成为当时唯一的原动机。
在陆地交通方面，人们开始发展一种用蒸汽机驱动车辆快速移动的交通工具。世界上第一辆蒸汽机火车于21，804年2月26日由威尔士的理查德·特拉维斯克展出。英国乔治·斯蒂芬森(1781-1848)率先取得突破性成果。
斯蒂芬森是一名煤矿工人的儿子，从小就熟悉矿井里用来抽水的蒸汽机，后来决定从事运输工具的发明和创造。
1814年，由他研制的第一辆蒸汽机车“布雷泽”(以普鲁士将军布雷泽命名，他曾帮助英国抗击拿破仑的军队)成功投入试运行。
1825年9月27日，斯蒂芬·孙在新铺设的铁路上亲自驾驶他与他人合作设计制造的航海家号蒸汽机车，取得了成功。蒸汽机在交通运输业的应用，使人类进入了“火车时代”，迅速扩大了人类的活动范围。
斯蒂芬森在1814年成功试运行了布雷泽机车，但也暴露出很多问题，如噪音太大，振动强烈，蒸汽机随时可能爆炸。火车启动时，浓烟滚滚，车轮摩擦铁轨时火花四溅；坐在车里的人浑身是烟，被打昏了。蒸汽机的火焰烤焦了附近所有的树。
然而，斯蒂芬森并没有气馁，而是不断进步。他在车厢下安装减震弹簧，用熟铁代替生铁作为铁轨材料，在枕木下铺上鹅卵石，增加车头和车厢的车轮数量，在车头安装蒸汽机，以减少危险情况下的损害。
到1825，当斯蒂芬森试图运行航海家号机车时，情况有了相当大的改善。“旅行者”号正拖着6辆运煤卡车和20节载满乘客的车厢，载重90吨，时速15英里。这壮观的一幕吸引了许多人观看。铁路两边都有人；其他人骑着马，举着红旗走在火车前面开道。随着火车的声音，它向全世界宣告了铁路时代的到来。
1829年，斯蒂芬森成功试制了更先进的“火箭”机车。
(以上《斯蒂芬·孙与蒸汽机车》内容出自北师大版历史教科书。)
运输工具
1769年，尼古拉·约瑟夫·朱诺号用他的“蒸汽汽车”第一次论证了自动蒸汽汽车的可行性。这辆车是第一辆车。这辆车作为交通工具不太有用，但拖农具很好。
直到20世纪初，蒸汽机汽车仍然可以与其他驾驶方式竞争。今天大多数汽车都是由内燃机驱动的。蒸汽机汽车最大的缺点是至少需要30秒才能获得足够的压力。