隨著智育的發(fā)展,，瓦特對客觀存在的一些事物都發(fā)生了濃厚的興趣，產(chǎn)生了好奇和鉆研之心,，這為他以后發(fā)明蒸汽機(jī)打下了良好的基礎(chǔ),。在瓦特故鄉(xiāng)的小鎮(zhèn)子上，家家戶戶都是生火燒水做飯。對這種司空見慣的事,，有誰留過心呢,？瓦特就留了心。他在廚房里看祖母做飯,，灶上坐著一壺開水,。開水在沸騰，壺蓋“啪啪啪”地作響,，不停地往上跳動,。瓦特觀察好半天，感到很奇怪,，猜不透這是什么緣故,，就問祖母說：“什么玩意使壺蓋跳動呢？”祖母回答說：“水開了,，就這樣,。”瓦特沒有滿足,，又追問：“為什么水開了壺蓋就跳動,？是什么東西推動它嗎？”可能是祖母太忙了,，沒有功夫答復(fù)他,，便不耐煩地說：“不知道。小孩子刨根問底地問這些有什么意思呢,？”瓦特在他祖母那里不但沒有找到答案,，反而受到了冤枉的批評，心里很不舒服,，可他并不灰心,。連續(xù)幾天，每當(dāng)做飯時,，他就蹲在火爐旁邊細(xì)心地觀察著,。起初，壺蓋很安穩(wěn),，隔了一會兒,，水要開了，發(fā)出“嘩嘩”的響聲,。驀地,，壺里的水蒸氣冒出來，推動壺蓋跳動了,。蒸汽不住地往上冒,，壺蓋也不停地跳動著,，好像里邊藏著個魔術(shù)師在變戲法似的。瓦特高興了,，幾乎叫出聲來,。他把壺蓋揭開蓋上，蓋上又揭開,，反復(fù)驗證,。他還把杯子、調(diào)羹遮在水蒸氣噴出的地方,。瓦特終于弄清楚了,，是水蒸氣推動壺蓋跳動，這水蒸氣的力量還真不小呢,。就在瓦特興高采烈的時候,，祖母又開腔了：“你這孩子，不知好歹,，水壺有什么好玩的,，快給我走開,！”他的祖母過于急躁和主觀了,，這隨隨便便不放在心上的話，險些挫傷了瓦特的自尊心和探求科學(xué)知識的積極性,。年邁的老人啊,，根本不理解瓦特的心，不知“水蒸氣”對瓦特有多么大的啟示,！水蒸氣推動壺蓋跳動的物理現(xiàn)象,，不正是瓦特發(fā)明蒸汽機(jī)的認(rèn)識源泉嗎？

　　1764年,，學(xué)校請瓦特修理一臺紐可門式蒸汽機(jī),，在修理的過程中，瓦特熟悉了蒸汽機(jī)的構(gòu)造和原理,，并且發(fā)現(xiàn)了這種蒸汽機(jī)的兩大缺點：活塞動作不連續(xù)而且慢,；蒸汽利用率低，浪費原料,。此后,，瓦特開始思考改進(jìn)的辦法。1765年的春天,，在一次散步時,，瓦特想到，既然紐可門蒸汽機(jī)的熱效率低是蒸汽在缸內(nèi)冷凝造成的,，那么為什么不能讓蒸汽在缸外冷凝呢,？瓦特產(chǎn)生了采用分離冷凝器的最初設(shè)想,。在產(chǎn)生這種設(shè)想以后,，瓦特在同年設(shè)計了一種帶有分離冷凝器的蒸汽機(jī),。按照設(shè)計，產(chǎn)生這種設(shè)想以后,，瓦特在同年設(shè)計了一種帶有分離冷凝器的蒸汽機(jī),。按照設(shè)計,，冷凝器與汽缸之間有一個調(diào)節(jié)閥門相連，使它們既能連通又能分開,。這樣,，既能把做功后的蒸汽引入汽缸外的冷凝器，又可以使汽缸內(nèi)產(chǎn)生同樣的真空,，避免了汽缸在一冷一熱過程中熱量消耗,。據(jù)瓦特理論計算，這種新的蒸汽機(jī)的熱效率將是紐可門蒸汽機(jī)的三倍,。從理論上說,，瓦特的這種帶有分離器冷凝器的蒸汽機(jī)顯然優(yōu)于紐可門蒸汽機(jī)。但是,，要把理論上的東西變?yōu)閷嶋H上的東西,，把圖紙上的蒸汽機(jī)變?yōu)閷嵲诘恼羝麢C(jī)，還要走很長的路,。瓦特辛辛苦苦造出了幾臺蒸汽機(jī),，但效果反而不如紐可門蒸汽機(jī)好，甚至還四處漏氣,，無法開動,。盡管耗資巨大的實驗使他債臺高筑，但他沒有在困難面前停步,，繼續(xù)進(jìn)行試驗,。當(dāng)布萊克知道瓦特的奮斗目標(biāo)和困難處境時，他把瓦特介紹給了自己一個十分富有的朋友——化工技師羅巴克,。當(dāng)時羅巴克是一個十分富有的企業(yè)家,，他在蘇格蘭的卡隆開辦了第一座規(guī)模較大的煉鐵廠。雖然當(dāng)時羅巴克已近50歲,，但對科學(xué)技術(shù)的新發(fā)明仍然傾注著極大的熱情,。他對當(dāng)時只有三十來歲的瓦特的新裝置很是贊許，當(dāng)即與瓦特簽訂合同,，贊助瓦特進(jìn)行新式蒸汽機(jī)的試制,。從1766年開始，在三年多的時間里,，瓦特克服了在材料和工藝等各方面的困難,，終于在1769年制出了第一臺樣機(jī),。同年，瓦特因發(fā)明冷凝器而獲得他在革新紐可門蒸汽機(jī)過程中的第一項專利,。第一臺帶有冷凝器的蒸汽機(jī)雖然試制成功了,，但它同紐可門蒸汽機(jī)相比，除了熱效率有顯著提高外,，在作為動力機(jī)來帶動其他工作機(jī)的性能方面仍未取得實質(zhì)性進(jìn)展,。就是說，瓦特的這種蒸汽機(jī)還是無法作為真正的動力機(jī),。

　　自1769年試制出帶有分離冷凝器的蒸汽機(jī)樣機(jī)之后,，瓦特就已看出熱效率低已不是他的蒸汽機(jī)的主要弊病，而活塞只能做往返的直線運動才是它的根本局限,。1781年,，瓦特參加圓月學(xué)社的活動，也許在聚會中會員們提到天文學(xué)家赫舍爾在當(dāng)年發(fā)現(xiàn)的天王星以及由此引出的行星繞日的圓周運動啟發(fā)了他,，也許是鐘表中的齒輪的圓周運動啟發(fā)了他,，他想到了把活塞往返直線運動變?yōu)樾D(zhuǎn)的圓周運動就可以使動力傳給任何工作機(jī)。同年,，他研制出了一套被稱為“太陽和行星”的齒輪聯(lián)動裝置,，終于把活塞的往返直線運動轉(zhuǎn)變?yōu)辇X輪的旋轉(zhuǎn)運動。為了使輪軸的旋軸增加慣性,，從而使圓周運動更加均勻,，瓦特還在輪軸上加裝了一個飛輪,。由于對傳統(tǒng)機(jī)構(gòu)的這一重大革新,，瓦特的這種蒸汽機(jī)才真正成為了能帶動一切工作的動力機(jī)。機(jī)構(gòu)的這一重大革新,，瓦特的這種蒸汽機(jī)才真正成為了能帶動一切工作的動力機(jī),。1781年底，瓦特以發(fā)明帶有齒輪和拉桿的機(jī)械聯(lián)動裝置獲得第二個專利,。由于這種蒸汽機(jī)加上了輪軸和飛輪,，這時的蒸汽機(jī)在把活塞的往返直線運動轉(zhuǎn)變?yōu)檩嗇S的旋轉(zhuǎn)運動時，多消耗了不少能量,。這樣,，蒸汽機(jī)的效率不是很高，動力不是很大,。為了進(jìn)一步提高蒸汽機(jī)的效率,，瓦特在發(fā)明齒輪聯(lián)動裝置之后，對汽缸本身進(jìn)行了研究,。他發(fā)現(xiàn),，雖然把紐可門蒸汽機(jī)的內(nèi)部冷凝變成了外部冷凝,，使蒸汽機(jī)的熱效率有了顯著提高，但他的蒸汽機(jī)中蒸汽推動活塞的沖程工藝與紐可門蒸汽機(jī)沒有不同,。兩者的蒸汽都是單項運動,，從一端進(jìn)入，另一端出來,。他想,，如果讓蒸汽能夠從兩端進(jìn)入和排出，就可以讓蒸汽既能推動活塞向上運動又能推動活塞向下運動,。那么,，他的效率就可以提高一倍。1782年,，瓦特根據(jù)這一設(shè)想,，試制出了一種帶有雙向裝置的新汽缸，由此瓦特獲得了他的第三項專利,。把原來的單項汽缸裝置改裝成雙向汽缸,，并首次把引入汽缸的蒸汽由低壓蒸汽變?yōu)楦邏赫羝@是瓦特在改進(jìn)紐可門蒸汽機(jī)的過程中的第三次飛躍,。通過這三次技術(shù)飛躍,，紐可門蒸汽機(jī)完全演變成了瓦特蒸汽機(jī)。從最初接觸蒸汽技術(shù)到瓦特蒸汽機(jī)研制成功,，瓦特走過了20多年的艱難歷程,。瓦特雖然多次受挫、屢遭失敗,，但他仍然堅持不懈,、百折不撓，終于完成了對紐可門蒸汽機(jī)的三次革新,，使蒸汽機(jī)得到了更廣泛的應(yīng)用,，成為改造世界的動力。1784年,，瓦特以帶有飛輪,、齒輪聯(lián)動裝置和雙向裝置的高壓蒸汽機(jī)的綜合組裝取得了他在革新紐可門蒸汽機(jī)過程中的第四項專利。1788年,，瓦特發(fā)明了離心調(diào)速器和節(jié)氣閥,；1790年，他又發(fā)明了汽缸示工器,，至此瓦特完成了蒸汽機(jī)發(fā)明的全過程,。