Biografija Jamesa Watta, moderni izumitelj pare motora

James Watt (19. siječnja 1736. - 25. kolovoza 1819.) bio je škotski izumitelj, inženjer i kemičar. Razvio je radno Parni stroj koji je koristio zasebni kondenzator; ova inovacija parni stroj učinila je korisnim alatom za širok spektar upotrebe. Na mnogo načina, Watt-ov izum - ili bolje rečeno, njegovo poboljšanje u odnosu na raniji izum, Newcomenov parni stroj - bio je tehnološki poticaj iza Industrijska revolucija.

Brze činjenice: James Watt

James Watt rođen je 19. siječnja 1736. u Greenocku, Škotska, kao jedino preživjelo dijete od četvero djece Jamesa Watta (1699.-1737.) I Agnes Muirhead (1901–1754). Greenock je bilo ribarsko selo koje je za vrijeme Watta postalo prometno mjesto s flotom parova. Djed Jamesa Jr.-a Thomas Watt (1642–1734) bio je poznati matematičar i lokalni školski učitelj. James Sr. bio je istaknuti građanin Greenocka i uspješan stolar i brodski dobavljač koji je radio na opremanju brodova i radeći na njihovim instrumentima, kompasima i kvadrantima. U različitim je vremenima James Sr. bio i glavni sudac i rizničar grada.

James Watt bio je inteligentan, ali zbog lošeg zdravlja nije mogao redovito pohađati školu. Umjesto toga, stekao je vještine koje će mu kasnije trebati inženjering i alata radeći s ocem na stolarskim projektima. Do 6. godine, James Watt je rješavao geometrijske probleme i provodio svoje najranije istraživanje prirode pare, što je uključivalo eksperimentiranje s čajnikom za majčinu čaj. U djetinjstvu je Watt bio strastveni čitatelj i pronašao je nešto što će ga zanimati u svakoj knjizi koja mu dođe u ruke.

Kad je Watt napokon poslan u seosku školu, njegovo je loše zdravlje spriječilo mu brzi napredak; tek kada je imao 13 ili 14 godina, počeo je ispoljavati svoje sposobnosti, osobito iz matematike. Slobodno vrijeme provodio je crtajući olovkom, rezbareći i radeći na klupi za alate s drvetom i metalom. Napravio je mnogo genijalnih mehaničkih radova i nekoliko prekrasnih modela, uživao u popravljanju nautičkih instrumenata.

Nakon što mu je majka umrla 1754. godine, 18-godišnji Watt poslan je u Glasgow da trenira kao trgovac sa svojim ujakom Johnom Muirheadom. Jedna od rodbina njegove majke bila je stolica odjela za orijentalne jezike i humanističke znanosti na Glasgow Collegeu, a Watt je postao članom tamošnjeg književnog društva. U Glasgowu je upoznao i druge stipendiste koji bi pokazali utjecaj i podršku njegovoj karijeri: Robert Dick, profesor prirodne filozofije, Robert Simpson iz matematike i William Cullen iz medicine i kemije.

Upravo je Dick predložio da Watt ode u London kako bi se usavršavao kao proizvođač matematičkih instrumenata. Uvodnim pismom Watt je 1755. godine otputovao u London i započeo surađivati ​​s proizvođačem instrumenta Johnom Morganom. Watt službeno nije bio pripravnik, ali radio je na mehaničkim instrumentima: Morgan je mislio da je talentiran, ali predugo mu je trebalo da dovrši posao. Posao s Morganom završio je u lipnju 1756. i Dick mu je osigurao kratkoročno radno mjesto za rad na astronomskom satu, odražavanju teleskopa i tranzitnih instrumenata. Watt se vratio u Greenock krajem godine, ali ubrzo se vratio u Glasgow gdje je započeo mali posao u izradi kvadranata. Imenovan je tvorcem matematičkih instrumenata na koledžu u Glasgowu, uz potporu Dickove zamjene Johna Andersona i Cullenove zamjene i kemičara Joseph Black (1728–1799). Black je najpoznatiji po svom radu na latentnim i specifičnim zagrijavanjima i po otkriću ugljičnog dioksida, a on je trebao postati odlučni pobornik Watta.

Godine 1759., John Robison, student u Glasgowu, pokazao je Wattu model Newcomen parni stroj i sugerirao da se može koristiti za pogon kolica. Newcomen je izumio i patentirao 1703. Thomas Newcomen (1664–1729), a Watt je počeo graditi minijaturni modeli koji koriste cilindarske parne cilindre i klipove pričvršćene na pogonske kotače sustavom zupčanika. U vlastitim je pokusima prvo koristio probe apoteka i šuplje kante za rezervoare i cijevi pare, a potom Papinov kopač i običnu štrcaljku. Potonja kombinacija napravila je bezkondenzacijski motor, u kojem je koristio paru pod pritiskom od 15 funti po kvadratnom inču. Ventil je radio ručno, a James Watt je vidio da je za pravljenje stroja potreban automatski zupčanik ventila. Međutim, ovaj eksperiment nije doveo do praktičnog rezultata i sljedećih nekoliko godina odustao je od istraživanja.

Watt je ostao s koledžom sve do 1760-ih, kada je započeo partnerstvo s trgovcem imenom John Craig, koji je dijelom financirao Black. Jedno od njihovih poduhvata bilo je dobivanje alkalija iz soli - u 18. stoljeću alkalija se mogla proizvoditi samo iz biljaka. Craig i Watt bili su jedan od nekoliko ljudi koji su tražili način da ga kemijski stvore, a to je pokušaj postignut do 1820. Watt i Craig također su radili na keramičkim pećima i glazurama za izradu posuđa od glaziranog stakla.

1764. Watt se oženio Margaret Millar, poznatom kao Peggy, sestričnom koju je poznavao još od djece. Trebali su imati petero djece, od kojih su samo dvoje živjeli do punoljetnosti: Margaret, rođena 1767., i James III, rođen 1769, koji će kao odrasla osoba postati glavni oslonac i poslovni partner njegovog oca.

Tijekom zime 1763–1764., John Anderson iz Glasgowa zatražio je od Watt-a da popravi model Newcomenovog motora. Mogao ga je pokrenuti, ali zanimalo ga je zašto stroj troši toliko pare i kondenzacijske vode. Watts je počeo proučavati povijest parnog motora i provodio eksperimentalna istraživanja svojstava pare.

Model parnog motora Newcomen imao je kotao koji je napravljen na skali i nije mogao osigurati dovoljno pare za pogon motora. Promjer je bio oko devet centimetara; parni cilindar bio je promjera dva inča i imao je šest inčni hod klipa. Watt je napravio novi kotao koji može mjeriti količinu isparene vode i paru se kondenzirati pri svakom potezu motora.

Watt je ubrzo otkrio da je motoru potrebna vrlo mala količina pare za zagrijavanje vrlo velike količine vode. Odmah je počeo s preciznošću određivati ​​relativne težine pare i vode u parnom cilindru kada se dogodila kondenzacija pri donjem hodu motora. James Watt je samostalno dokazao postojanje "latentna vrućina, "koji je otkrio njegov mentor i navijač Joseph Black. Watt je otišao u Black sa svojim istraživanjima, koji je svoje znanje dijelio s Wattom. Watt je to utvrdio u vrelište, njegova kondenzacijska para mogla je zagrijati šest puta veću težinu vode koju koristi za proizvodnju kondenzacija.

Shvaćajući kako je parna masa za težinu znatno veća apsorpcija i rezervoar topline od voda, Watt je vidio važnost veće pažnje kako bi se ekonomizirao nego što je to bio slučaj ranije pokušao. Isprva je štedio u kotlu i pravio kotlove s drvenim "školjkama" kako bi spriječio gubitke kondukcija i radijacija. Također je koristio veći broj dimnjaka nego što je Newcomen morao osigurati potpuniju apsorpciju topline iz plinova iz peći. Također je prekrio svoje parne cijevi neprevodnim materijalima i poduzeo je sve mjere opreza kako bi osigurao potpuno iskorištavanje topline sagorijevanje.

Ubrzo je otkrio da su izvori gubitka topline u Newcomenovom motoru:

• Raspršivanje topline od samog cilindra, koji je bio od mjedi, a bio je i dobar provodnik i dobar radijator.
• Gubitak topline koji proizlazi iz potrebe za hlađenjem cilindra pri svakom potezu prilikom proizvodnje bojlera vakuum.
• Gubitak snage zbog pritiska pare ispod klipa, što je bila posljedica nesavršene metode kondenzacije.

Njegov prvi pokušaj u cilindru neprovodnog materijala načinjen je od drva natopljenog uljem i zatim pečenog, što je povećalo ekonomičnost pare. Zatim je izveo niz vrlo točnih eksperimenata na temperaturi i tlaku pare, mjereći količinu pare utrošene u svakom hodu motora. Mogao je potvrditi svoj prethodni zaključak da je tri četvrtine topline koja se dovodi u motor izgubila.

Nakon svojih znanstvenih istraživanja, James Watt je radio na poboljšanju parnog stroja s inteligentnim razumijevanjem njegovih postojećih nedostataka i poznavanjem njihovih uzroka. Watt je ubrzo vidio da bi se smanjili gubici pri radu pare u parnom cilindru, bilo bi potrebno pronaći način da se cilindar stalno održava vrućim poput pare koja je ulazila to.

Prema Jamesu Wattu: "U glavi mi je pala ideja kako bi para bila elastično tijelo i ona bi pala u vakuum i uspostavljena je komunikacija između cilindra i iscrpljene posude, ona bi prodrla u njega i mogla bi se tamo kondenzirati bez hlađenja cilindar. Tada sam vidio da se moram riješiti kondenzirane pare i vode za ubrizgavanje ako upotrijebim mlaz, kao u Newcomenovom motoru. Dva načina za to su mi pala na pamet: Prvo, voda bi mogla da se spusti kroz silaznu cijev, ako se na dubini od 35 ili 36 stopa može izvući mlaz vode, a bilo kojim zrakom se može crpiti mala pumpa. Drugi je bio - učiniti crpku dovoljno velikom da se izluči i voda i zrak. "

Nastavio je: "Kada se analizira, izum se neće činiti tako sjajnim kao što se činilo. U stanju u kojem sam pronašao parni stroj, nije mi bilo veliko truda zamijetiti da će količina goriva koja je potrebna da bi radio zauvijek spriječiti njegovu veliku korisnost. Sljedeći korak u mom napretku bio je jednako jednostavan - ispitivati ​​što je uzrok velike potrošnje goriva. Ovo je, takođe, lako sugerirano, to jest, otpad goriva koji je bio potreban da bi se doveo čitav cilindar, klip, i susjedni dijelovi od hladnoće vode do topline pare, ne manje od 15 do 20 puta u minuti. "

James Watt izmislio je svoj najvažniji odvojeni kondenzator. Nastavio je napraviti eksperimentalni test svog novog izuma. Njegov mali model djelovao je vrlo dobro, a savršenstvo vakuuma bilo je takvo da je stroj podigao težinu od 18 kilograma obješenu s klipnjače. Zatim je konstruirao veći model, a rezultat njegovog testa potvrdio je rezultate njegovih prvih pokusa.

Trebalo je godina da Watt shvati detalje novog parnog stroja. Za početak, Watt je morao pronaći način da spriječi punjenje kondenzatora vodom. Pokušao je s nekoliko pristupa, uključujući zračnu pumpu koja je oslobodila kondenzator vode i zraka koji su se sakupljali u kondenzatoru i smanjila vakuum. Zatim je supstituirao ulje i loj vode koja se koristi za podmazivanje klipa, održavajući pare nepropusnom i sprečavajući hlađenje cilindra. Još jedan uzrok hlađenja cilindra i posljedičnog gubitka snage u njegovom radu je ulaz zraka, koji je pratio klip niz cilindar pri svakom potezu, hladeći unutrašnjost njegova kontakt. Izumitelj je to spriječio tako da pokrije vrh cilindra i cijelim cilindrom opkoli vanjskim kućišta ili "parne jakne", koji je omogućio da para iz kotla prođe oko parnog cilindra i pritisne se na gornju površinu klip.

Nakon što je izgradio veći eksperimentalni motor, Watt je iznajmio sobu u staroj napuštenoj vikendici. Tamo je radio s mehanikom Folm Gardiner. Watt je tek upoznao Johna Roebucka, bogatog liječnika, koji je zajedno s ostalim škotskim kapitalistima nedavno osnovao proslavljeni Carron Iron Works. Roebuck je počeo financijski podržavati Watt-ove napore i Watt je često pisao Roebucku opisujući njegov napredak.

U kolovozu 1765. godine isprobao je mali motor i napisao Roebucku da ima "dobar uspjeh", iako je stroj bio vrlo nesavršen, te je obavijestio Roebucka da počinje izrađivati ​​veći model. U listopadu 1765. dovršio je veliki parni stroj. Motor je bio spreman za probu, ali još uvijek nije bio savršen. Ipak je učinila dobar posao za tako sirov stroj.

Nažalost, do 1765. godine James Watt je sveden na siromaštvo i, nakon što je prijateljima posudio znatne svote, konačno je morao potražiti posao kako bi se mogao osigurati za svoju obitelj. Tijekom razdoblja od oko dvije godine, izdržavao se kao inženjer građevine, nadgledao i upravljao zgradom nekoliko kanala u Škotskoj i istraživanje polja ugljena u susjedstvu Glasgowa za magistrate Grad. Međutim, nije se u potpunosti odrekao svog izuma.

Godine 1767. Roebuck je preuzeo Watt-ove obveze u iznosu od 1.000 britanskih funti i pristao osigurati više kapitala u zamjenu za dvije trećine Watt-ovog patenta. Drugi motor izrađen je s parnim cilindrom promjera sedam ili osam inča, koji je završen 1768. godine. To je djelovalo dovoljno dobro da bi natjeralo partnere da zatraže patent, a specifikacije i crteži su dovršeni i predstavljeni 1769. godine.

Watt je također izgradio i postavio nekoliko Newcomen motora, djelomično, možda kako bi se još detaljnije upoznao sa praktičnim detaljima izrade motora. U međuvremenu je pripremio planove i izgradio umjereno veliki motor svog novog tipa. Njezin parni cilindar bio je promjera 18 inča, a hod klipa 5 stopa. Ovaj motor izgrađen je u Kinneilu, a dovršen je u rujnu 1769. godine. Nije sve bilo zadovoljavajuće ni u konstrukciji ni u radu. Kondenzator je površinski kondenzator sastavljen od cijevi pomalo nalik onima korištenim u njegovom prvom malom modelu i nije se pokazao zadovoljavajućim. Parni klip ozbiljno se procurio, a opetovana ispitivanja samo su učinila da njegove nesavršenosti postanu evidentnije. Pomogli su mu financijska i moralna podrška i Joseph Black i John Roebuck, ali osjećao se snažno u vezi s rizicima s kojima je svoje prijatelje uključio u ozbiljne gubitke i postao vrlo velik malodušan.

Pišući Blacku, Watt je rekao: "Od svih stvari u životu nema ništa gluplje od izmišljanja; i vjerojatno je većina izumitelja vlastitim iskustvima dovedena do istog mišljenja. "

1768. James Watt otputovao je u London kako bi predao svoj patent i na putu upoznao Matthewa Boultona. Boulton je bio vlasnik proizvodne tvrtke u Birminghamu, poznate pod nazivom Soho Manufactory, koja je izrađivala sitne metalne proizvode. Naslijedio je očev posao i znatno ga izgradio. On i njegov posao bili su vrlo poznati u engleskom prosvjetiteljskom pokretu sredinom 18. stoljeća.

Boulton je bio dobar učenjak, sa znatnim znanjem jezika i znanosti, posebno matematike, uprkos tome što je kao dječak napustio školu kako bi otišao raditi u očevu trgovinu. U trgovini je ubrzo predstavio niz vrijednih poboljšanja i uvijek je bio u potrazi za drugim idejama koje bi mogle uvesti u njegov posao.

Bio je i član poznatog Lunarno društvo Birminghama, grupa muškaraca koji su se sastali da zajedno razgovaraju o prirodnoj filozofiji, inženjerstvu i industrijskom razvoju: ostali su članovi otkrili kisik Joseph Priestley,Erasmus Darwin (djed Charlesa Darwina) i pokusni lončar Josiah Wedgewood. Watt se pridružio grupi nakon što je postao Boultonov partner.

Boulton se plameno i energično poznavao Benjamin Franklin 1758. koji je tada posjetio Soho. Do 1766. godine ovi su se ugledni muškarci dopisivali, raspravljajući između ostalog o primjeni snage pare u razne korisne svrhe. Dizajnirali su novi parni stroj i Boulton je izgradio model, koji je poslan Franklinu i izložen u Londonu. Oni još nisu trebali postati svjesni postojanja Jamesa Watta.

Kad je Boulton 1768. godine upoznao Watta, svidio mu se motor i odlučio kupiti interes za patent. Uz Roebuckov pristanak, Watt je Boultonu ponudio jednu trećinu kamata. Iako je bilo nekoliko komplikacija, na kraju je Roebuck predložio da položi Matthewu Boultonu polovicu svog vlasništva u Watt-ovim izumima u iznosu od 1000 funti. Ovaj je prijedlog prihvaćen u studenom 1769.

U studenom 1774. Watt je napokon objavio svom starom partneru Roebucku da je napravio uspješno suđenje Kilmeilovom motoru. Nije pisao svojim uobičajenim entuzijazmom i ekstravagancijom; Umjesto toga, on je jednostavno napisao: "Vatrogasni stroj koji sam izumio sada ide, i odgovara puno bolje nego bilo koji drugi koji je do sada napravljen, i očekujem da će izum bit će mi vrlo korisni. "

Jedan od razloga nedostatka entuzijazma bio je taj što mu je supruga umrla tijekom porođaja prethodne godine, u rujnu 1773. Wattts, Watt se zakopao u posao. Od sredine veljače 1774. radio je na termometrima i barometarima. Završio je posao u graditeljstvu u Škotskoj (dijelom zbog financijske krize u Škotskoj), a u svibnju je otputovao na jug u Birmingham, gdje se pridružio Lunarnom društvu. 1775. stupio je u punopravno partnerstvo s Matthewom Boultonom.

Od tog trenutka nadalje, tvrtka Boulton i Watt bila je u stanju proizvesti čitav niz radnih motora sa stvarnim primjenama. Izvedene su nove inovacije i patenti za strojeve koji se mogu koristiti za brušenje, tkanje i glodanje. Parni motori stavljeni su u uporabu za prijevoz na zemlji i vodi. Gotovo svaki uspješan i važan izum koji je obilježio povijest snage pare dugi niz godina potječu iz radionica Boulton i Watt.

Watt-ovo djelo s Boultonom pretvorilo ga je u lik međunarodnog stasa među ljudima pisma. Njegov 25-godišnji patent donio mu je bogatstvo; i on i Boulton postali su vodeći u tehnološkom prosvjetljenju u Engleskoj, sa solidnom reputacijom inovativnog inženjerstva. Watt se oženio Annom Macgregor 1776. i imali su dvoje djece (Gregory i Jessy), a obojica će umrijeti mladi. James Watt Jr., njegov sin iz prve supruge, preživio je oca i dobio ulogu u daljnjem engleskom prosvjetiteljstvu.

Kao rezultat svog partnerstva s Matthewom Boultonom, James Watt je postao vrlo bogat čovjek, u Handsworthu u Staffordshireu izgradio je elegantni ljetnikovac poznat kao "Heathfield House". Umirovio se 1800. i ostatak života proveo u slobodno vrijeme i putovanja, kako bi posjetio prijatelje i obitelj. Umro je 25. kolovoza 1819. u Heathfieldu. Pokopan je na groblju Crkve svete Marije u Handsworthu.

Na vrlo smisleni način Watt-ovi izumi potiču industrijsku revoluciju i inovacije svijeta modernog doba, u rasponu od automobila i vlakova do tvornica i socijalnih pitanja koja su se razvijala kao proizlaziti. Osim toga, Watt je ime pripisano ulicama, muzejima i školama. Njegova je priča nadahnula knjige, filmove i umjetnička djela, uključujući statue u Piccadilly vrtovima i katedralu svetog Pavla.

Na kipu u Svetom Pavlu su ugravirane riječi: "James Watt... povećao je resurse svoje zemlje, povećao snagu čovjeka i popeo se na ugledno mjesto među najistaknutijim sljedbenicima znanosti i stvarnim dobročiniteljima svijet."

• Jones, Peter M. "Živjeti prosvjetiteljstvo i francusku revoluciju: James Watt, Matthew Boulton i njihovi sinovi." Povijesni časopis 42.1 (1999): 157–82. Ispis.
• Hills, Richard L. "Snaga iz Steam: Povijest stacionarnog parnog motora." Cambridge: Cambridge University Press, 1993.
• Miller, David Philip. ""Puffing Jamie": komercijalni i ideološki značaj "filozofa" u slučaju ugleda Jamesa Watta (1736.-1819.)." Povijest znanosti 38.1 (2000): 1–24. Ispis.
• "Život i legenda Jamesa Watta: Suradnja, prirodna filozofija i unapređenje parnog motora." Pittsburgh: University of Pittsburgh Press, 2019.
• Pugh, Jennifer S. i John Hudson. "Kemijski rad Jamesa Watta, F.R.S." Bilješke i zapisi Londonskog kraljevskog društva 40.1 (1985): 41–52. Ispis.
• Russell, Ben. "James Watt: Stvaranje svijeta iznova." London: Science Museum, 2014.
• Wright, Michael. "James Watt: Proizvođač glazbenih instrumenata." Časopis Galpin Society 55 (2002): 104–29. Ispis.