James Watt, a modern gőzmotor-feltaláló életrajza

James Watt (1736. január 19. - 1819. augusztus 25.) skót feltaláló, mérnök és vegyész volt. Fejlesztett egy működőképes gőzgép amely külön kondenzátort használt; ez az újítás a gőzgép hasznos eszközévé tette a széles körű felhasználást. Sok szempontból Watt találmánya - vagy inkább annak javítása egy korábbi találmány, a Newcomen gőzgép mellett - a technológiai lendület volt a Ipari forradalom.

Gyors tények: James Watt

James Watt 1736. január 19-én született Greenockban, Skóciában, James Watt (1699–1737) és Agnes Muirhead (1901–1754) négyének egyetlen túlélő gyermekeként. Greenock egy halászfalu volt, amely Watt életében elfoglalt várossá vált gőzhajóflottával. James Jr. Nagyapja, Thomas Watt (1642–1734) ismert matematikus és helyi iskolamester volt. James Sr. volt Greenock kiemelkedő polgára, sikeres ács és hajótulajdonos, aki hajók felszerelésén, műszerein, iránytűin és kvadrántainál dolgozott. Különböző időpontokban, James Sr. egyben a város főbírója és pénztárosa volt.

James Watt intelligens volt, de rossz egészsége miatt nem volt képes rendszeresen járni az iskolába. Ehelyett megszerezte azokat a készségeket, amelyekre később szüksége lenne mérnöki és szerszámok azáltal, hogy apjával ácsmunkákkal dolgozik. 6 éves korában James Watt geometriai problémákat oldott meg, és a gőz természetével kapcsolatos legkorábbi vizsgálatát elvégezte, amely az anyja teáskannájának kísérlete volt. A fiúkorban Watt lelkes olvasó volt, és minden könyvében, ami a kezébe került, talált valamit, ami érdekelte.

Amikor Wattot végül elküldték a falusi iskolához, rossz egészsége megakadályozta gyors előrelépését; csak 13 vagy 14 éves korában kezdte megmutatni képességeit, különösen a matematikában. Szabadidejét a ceruzával vázlatolással, faragással és a szerszámpadon fával és fémmel végzett munkákra töltötte. Számos ötletes mechanikai munkát és néhány gyönyörű modellt készített, és élvezte a tengeri műszerek javítását.

Az édesanyja 1754-es halála után a 18 éves Watt-ot Glasgowba küldték, hogy kereskedőként dolgozzon nagybátyja, John Muirhead mellett. Anyja egyik rokona a Glasgow Főiskola Keleti Nyelvek és Bölcsészettudományi Tanszékének elnöke volt, Watt pedig az ott található irodalmi társaság tagjává vált. Glasgow-ban találkozott más tudósokkal is, akik befolyásosnak és támogatónak bizonyultak pályafutása során: Robert Dick, a természetes filozófia professzora, Robert Simpson a matematikában és William Cullen az orvostudományban és a kémiában.

Dick volt az, aki javasolta Watt-nak Londonba menni, hogy matematikai műszerkészítőként képzzen. Bevezető levelével Watt 1755-ben Londonba távozott, és megkezdte a munkát John Morgan hangszergyártóval. Watt hivatalosan nem volt tanuló, de mechanikai műszereken dolgozott: Morgan azt gondolta, hogy tehetséges, de túl sok időbe telt, hogy elvégezze munkáját. A Morgan-szel folytatott munka 1756 júniusában ért véget és Dick rövid távú pozíciót kapott egy csillagászati ​​órára, amely távcsöveket és tranzit műszereket tükröz. Watt az év végén tért vissza Greenockba, de hamarosan visszament Glasgowba, ahol kis vállalkozást kezdett kvadráns készítésben. Kinevezték matematikai műszergyártójává a Glasgow Főiskolán, Dick helyettesítője John Anderson, valamint Cullen helyettesítő és vegyész támogatásával. Joseph Black (1728–1799). Fekete legismertebb a látens és specifikus melegítésekkel végzett munkájáról, valamint a szén-dioxid felfedezéséről, és Watt határozott támogatója lett.

1759-ben John Robison, a glasgowi hallgató bemutatta Watt-nak a modelljét Newcomen gőzgép és azt javasolta, hogy használható legyen a kocsik meghajtására. A Newcoment 1703-ban találta ki és szabadalmaztatta Thomas Newcomen (1664–1729), és a Watt építeni kezdett miniatűr modellek óngőz-hengerekkel és dugattyúkkal, amelyeket a hajtókerekekhez egy sebességváltó-rendszer rögzít. Saját kísérleteiben először apothecaries próbákat és üreges pálcákat használt gőztartályokhoz és csövekhöz, később Papin emésztõjét és egy közös fecskendõjét. Az utóbbi kombináció nem kondenzáló motort készített, amelyben 15 font / négyzet hüvelyk nyomáson használt gőzt. A szelepet kézzel megmunkálták, és James Watt látta, hogy egy automatikus szelepberendezésre van szükség egy működő gép gyártásához. Ez a kísérlet azonban gyakorlati eredményhez nem vezetett, és a következő néhány évben elhagyta ezt a kutatást.

Watt az egyetemen maradt az 1760-as évekig, amikor partneri viszonyba kezdett egy John Craig nevű kereskedővel, amelyet részben a Black finanszírozott. Egyik vállalkozásuk sóval lúggyártást végzett - a 18. században az alkáli csak növényekből állíthatók elő. Craig és Watt egyike annak a sok embernek, aki keresi a módját annak kémiai előállítására, erre az erőfeszítésre csak 1820-ig került sor. Watt és Craig szintén kerámiakemencékkel és mázokkal foglalkoztak ónüvegezett deszkák készítésénél.

1764-ben Watt feleségül vette Margit Millar-t, Peggy néven ismertték, egy unokatestvért, akit gyermekeik óta ismertek. Öt gyermekük kellett volna, ebből csak kettő felnőttkorban él: Margit (1767-ben született) és III. James (1769-ben született), aki felnőttként az apja fő támogatója és üzleti partnere lesz.

1763–1764 télen John Anderson Glasgowban felkérte Wattot, hogy javítsa meg a Newcomen motor modelljét. Képes volt működni, de kíváncsi volt, miért fogyasztott el a gép annyira gőzt és kondenzvizet. Watts elkezdett tanulmányozni a gőzgép történetét, és kísérleti kutatásokat végzett a gőz tulajdonságairól.

A Newcomen gőzgép-modellnek méretezett kazánja volt, amely nem volt képes elegendő gőzt biztosítani a motor működtetéséhez. Körülbelül kilenc hüvelyk átmérőjű volt; a gőzhenger két hüvelyk átmérőjű volt és hat hüvelykes dugattyú lökettel rendelkezik. A Watt új kazánt készített, amely képes mérni a párologtatott víz mennyiségét és a gőz kondenzációját a motor minden egyes üteménél.

Watt hamarosan rájött, hogy a motor nagyon kis mennyiségű gőzt igényel nagyon nagy mennyiségű víz melegítéséhez. Azonnal elkezdte pontosan meghatározni a gőz és a víz relatív tömegét a gőzhengerben, amikor a motor leengedésekor kondenzáció történt. James Watt önállóan bizonyította "látens hő", amelyet mentor és támogatója, Joseph Black fedezte fel. Watt Blackhoz ment a kutatásával, aki megosztotta tudását Watt-lal. Watt ezt találta forráspont, kondenzációs gőzje képes volt előállítani a felhasznált víz tömegének kétszeresét kondenzáció.

Tudomásul véve, hogy a gőz tömege a súlynál jóval nagyobb abszorbens és hőtároló, mint a A víz, Watt fontosnak tartotta, hogy nagyobb gondot fordítson a gazdaságosságra, mint korábban volt kísérletet. Először takarékoskodott a kazánnal, és kazánkat készített fa "kagylóval", hogy elkerülje a veszteségeket hővezetés és sugárzás. Nagyobb számú égést használt, mint a Newcomennek, hogy biztosítsa a kemencegázokból származó hő teljesebb abszorpcióját. A gőzcsöveit nem vezető anyaggal is lefedte, és minden óvintézkedést megtett a hő teljes felhasználásának biztosítása érdekében égés.

Hamar rájött, hogy a Newcomen motor hőveszteségének forrásai a következők voltak:

• A hő elvezetése maga a henger által, amely sárgarézből áll, ugyanakkor jó vezetőként és jó radiátorként is működött.
• Hőveszteség, amely a henger hűtésének szükségességéből adódik minden egyes löketnél a vákuum.
• Az energiaveszteség a dugattyú alatti gőznyomás miatt, ami a tökéletlen kondenzációs módszer következménye volt.

Az első kísérlet egy nem hengeres anyagú hengernél olajba áztatott, majd sütött fából készült, amely növeli a gőzgazdaságosságot. Ezután nagyon pontos kísérleteket végzett a gőz hőmérsékletén és nyomásán, megmérve a motor minden egyes üteménél felhasznált gőz mennyiségét. Meg tudta erősíteni korábbi következtetését, miszerint a motorhoz juttatott hő háromnegyedét elvesztették.

Tudományos vizsgálata után James Watt a gőzgép fejlesztésén dolgozott, megértsék a meglévő hibákat és megismerjék azok okát. Watt hamarosan látta, hogy a gőzhengerben a gőz működésével járó veszteségek csökkentése érdekében Meg kell találni a módját, hogy a hengert állandóan olyan melegen tartsuk, mint a belépő gőzt azt.

James Watt szerint: "Az a gondolatom jutott eszembe, hogy mivel a gőz rugalmas test, vákuumba robbant, és ha a henger és a kimerült edény között kommunikáció zajlott, belerohanna, és hűtés nélkül kondenzálódhatna ott a henger. Aztán láttam, hogy meg kell szabadulnom a kondenzált gőztől és az injektáló vizetől, ha sugárhajtót használtam, mint a Newcomen motorjában. Kétféle módon tettem ezt számomra: Először is, a vizet leereszkedő cső vezetheti le, ha 35 vagy 36 láb mélységbe bejuthat egy lefúvató fúvóka, és a levegőt kis szivattyúval lehet elszívni. A második az volt, hogy a szivattyút elég nagymértékűvé tegye a víz és a levegő kiszívására. "

"A elemzés során a találmány nem tűnik olyan nagynak, mint amilyennek látszott. Abban az állapotban, amelyben a gőzgép megtalálható, nem kellett nagy figyelmet fordítani arra, hogy a működéshez szükséges üzemanyagmennyiség örökre megakadályozza annak széles körű hasznosságát. A fejlődésem következő lépése ugyanolyan könnyű volt - megkérdezni, mi okozta a nagy üzemanyag-fogyasztást. Ez szintén könnyen felmerült, nevezetesen az üzemanyag pazarlása, amely az egész henger, dugattyú, és a szomszédos részek a víz hidegességétől a gőzhőig, percenként legalább 15-20-szor. "

James Watt feltalálta minden fontos külön kondenzátort. Kísérleti tesztet végzett az új találmányával. Kis modellje nagyon jól működött, és a vákuum tökéletes volt, hogy a gép egy 18 font súlyt emelt fel a dugattyúrúdon. Ezután elkészített egy nagyobb modellt, és a teszt eredménye megerősítette első kísérleteinek eredményeit.

Évekbe telt, amíg Watt kitalálta az új gőzgép részleteit. Először Wattnek meg kellett találnia egy módját, hogy megakadályozza a kondenzátor feltöltését vízzel. Számos megközelítést próbált meg, köztük egy légszivattyút, amely megkönnyebbítette a víz és a levegő kondenzátorát, amely összegyűlt a kondenzátorban és csökkentette a vákuumot. Ezután olajjal és faggyúval helyettesítette a dugattyú kenésére használt vizet, tartva a gőzt szorosan és megakadályozva a henger lehűlését. A henger hűtésének és működéséből adódó energia pazarlásának másik oka a a levegő belépése, amely minden dugattyúnál a dugattyút lefelé nyomta a hengerre, és belsejével hűti le kapcsolatba lépni. A feltaláló megakadályozta ezt a helyzetet azáltal, hogy a henger tetejét lefedte, és az egész hengert külső résszel körülveszi ház vagy „gőzkabát”, amely lehetővé tette, hogy a kazánból származó gőz áthaladjon a gőzhenger körül, és megnyomja a kazán felső felületét dugattyú.

A nagyobb kísérleti motor felépítése után Watt kiadott szobát egy régi, elhagyatott házban. Ott dolgozott a szerelővel, Folm Gardinerrel. Watt nemrég találkozott John Roebuck-nal, egy gazdag orvossal, aki más skót kapitalistákkal a közelmúltban alapította a híres Carron vasművet. Roebuck pénzügyi támogatást kezdett támogatni Watt erőfeszítéseinek, Watt gyakran írt Roebucknak, ismertetve az előrelépést.

1765 augusztusában kipróbálta a kis motort, és azt írta a Roebuck-nak, hogy "jó sikere van", bár a gép nagyon tökéletlen, és arról tájékoztatta Roebuckot, hogy elkezdi a nagyobb modell gyártását. 1765 októberében elkészítette a nagy gőzgépét. A motor, bár készen áll a tárgyalásra, még mindig messze volt a tökéletestől. Ennek ellenére jó munkát végzett egy ilyen nyers gépen.

Sajnos 1765-ig James Watt szegénységbe került, és miután jelentős összegeket kölcsönt kölcsönözött a barátaitól, végül munkát kellett keresnie családja ellátása érdekében. Körülbelül két év alatt támogatta magát építőmérnökként, felmérése és irányítása alatt Több csatorna Skóciában és a szénmezők feltárása Glasgow szomszédságában a város. De nem feladta teljesen a találmányát.

1767-ben Roebuck vette át a Watt 1000 angol font összegű kötelezettségeit, és beleegyezett abba, hogy további tőkét biztosítson a Watt szabadalmának kétharmadáért cserébe. Egy másik motort építettek egy hét vagy nyolc hüvelyk átmérőjű gőzhengerrel, amelyet 1768-ban készítettek el. Ez elég jól működött, hogy arra késztesse a partnereket, hogy szabadalmat kérjenek, és a leírást és a rajzokat 1769-ben készítették el és mutatták be.

Watt emellett több Newcomen motort épített és állított fel, részben talán azért, hogy alaposabban megismerje magát a motorépítés gyakorlati részleteivel. Közben terveket készített és épített egy közepes méretű, saját új típusú motorjára. Gőzhengerének átmérője 18 hüvelyk volt, a dugattyú lökete 5 láb. Ezt a motort a Kinneilnél gyártották, és 1769 szeptemberében fejezték be. Nem mind kielégítő volt mind szerkezete, mind működése szempontjából. A kondenzátor felszíni kondenzátor volt, amely csövekből állt, hasonlóan az első kis modelljéhez, és nem bizonyult kielégítően szorosnak. A gőzdugattyú súlyosan kiszivárgott, és az ismételt kísérletek csak arra törekedtek, hogy hiányosságai nyilvánvalóbbá váljanak. Joseph Black és John Roebuck segített pénzügyi és erkölcsi támogatással, de érezte erősen arról, hogy milyen kockázatokkal jár azzal, hogy barátaival súlyos veszteségeket vonz be, és nagyon váltak csüggedt.

Blacknek írt Watt azt mondta: "Az élet minden dolgában nincs bolondabb, mint a feltalálás; és valószínűleg a feltalálók többségét saját tapasztalataik ugyanazon a véleményen vezetik. "

1768-ban James Watt Londonba utazott, hogy benyújtsa szabadalmát, és útközben megismerkedett Matthew Boultonnal. Boulton a Soho Manufaktúra néven ismert Birmingham gyártó cég tulajdonosa volt, amely apró fémtermékeket gyártott. Örökölte apja üzletét, és jelentősen felépítette. Ő és vállalkozása nagyon jól ismertek voltak a 18. század közepén működő angol megvilágosodási mozgalomban.

Boulton jó tudós volt, jelentős nyelvi és tudományos ismeretekkel - különös tekintettel a matematikára - annak ellenére, hogy fiúként elhagyta az iskolát, hogy apja üzletébe dolgozzon. A boltban hamarosan számos értékes fejlesztést mutatott be, és mindig törekedett más ötletek keresésére, amelyek bevezethetők üzletébe.

A híres tagja volt Birmingham Lunar Society, egy olyan embercsoport, akik találkoztak, hogy együtt megvitassák a természetes filozófiát, a mérnöki munkát és az ipari fejlődést: más tagok között szerepelt az oxigén felfedezője Joseph Priestley,Erasmus Darwin (Charles Darwin nagyapja) és a kísérleti fazekas Josiah Wedgewood. Watt csatlakozott a csoporthoz, miután Boulton partnere lett.

Lelkes és energikus tudós, Boulton megismerte Benjamin Franklin 1758-ban, aki majd ellátogatott Soho-ba. 1766-ra ezek a kiváló férfiak megfeleltek, megvitatva többek között a gőzenergia alkalmazhatóságát különféle hasznos célokra. Megtervezték egy új gőzgépét, és Boulton készített egy modellt, amelyet Franklinnek küldtek, és kiállított Londonban. Még nem ismerték meg James Watt létezését.

Amikor Boulton 1768-ban találkozott Watt-szal, tetszett neki a motorja, és úgy döntött, hogy érdekel a szabadalom iránt. Roebuck beleegyezésével Watt egyharmados érdeklődést nyújtott a Boulton számára. Noha számos bonyodalom volt, Roebuck végül javasolta, hogy tulajdonjogának felét Watt találmányainak tulajdonában lévő felének 1000 font összegére utalják Matthew Boultonra. Ezt a javaslatot 1769 novemberében fogadták el.

1774 novemberében Watt végül bejelentette régi társának, Roebuck-nak, hogy sikeresen kipróbálta a Kilmeil motort. Nem írta szokásos lelkesedésével és extravagánsával; ehelyett egyszerűen azt írta: "A tűzoltóautó, amelyet én találtam, most megy, és sokkal jobban válaszol, mint bármelyik eddig elkészült, és arra számítom, hogy a találmány nagyon hasznos lesz számomra. "

A lelkesedés hiányának egyik oka az volt, hogy a felesége az előző évi, 1773. szeptemberi szülés során meghalt. Szívfájdalom, Watt eltemette magát a munkába. 1774 február közepétől hőmérőkkel és barométerekkel foglalkozik. Befejezte építkezését Skóciában (részben a skóciai pénzügyi válság miatt), és májusban délre utazott Birminghambe, ahol csatlakozott a Lunar Társasághoz. 1775-ben teljes munkaidős kapcsolatba lépett Matthew Boultonnal.

Ettől a ponttól kezdve a Boulton és a Watt cég képes működő motorok sorozatát előállítani valós alkalmazásokkal. Új innovációkat és szabadalmakat hoztak létre az olyan gépeknél, amelyeket csiszoláshoz, szövéshez és maráshoz lehet használni. A gőzmotorokat szárazföldön és vízen is szállították. Szinte minden sikeres és fontos találmány, amely a a gőzteljesítmény története sok éven át a Boulton és a Watt műhelyekből származik.

Watt Boultonnal végzett munkája átalakította őt a nemzetközi irodalom alakjává a levél férfiak körében. 25 éves szabadalma gazdagságot hozott neki; és ő és Boulton vezetõvé váltak az angliai technológiai megvilágosodás vezetõinek, és szilárd hírnevet szerzett az innovatív mérnöki tevékenység területén. Watt 1776-ban feleségül vette Ann Macgregorot, és két gyermekeik (Gregory és Jessy) született, mindkettő fiatalon meghal. James Watt Jr., fia az első feleségéből, túlélte apját, és szerepet játszott a folyamatos angol felvilágosodásban.

Matthew Boulton-nal fennálló partnerségének eredményeként James Watt nagyon gazdag emberré vált, építve egy elegáns kastélyt, amelyet Heathfield-háznak hívtak, Handsworth-ben, Staffordshire-ben. 1800-ban nyugdíjba vonult, élete hátralévő részét szabadidőben töltötte, és utazott, hogy meglátogassa barátait és családját. 1819. augusztus 25-én halt meg Heathfieldben. A handsworth-i Szent Mária-templom temetőjébe temették el.

A Watt találmánya nagyon értelmes módon ösztönözte az ipari forradalmat és a modern korszak, kezdve a gépjárművektől és a vonatoktól a gyárakig, és a társadalmi kérdésekig, amelyek a eredmény. Ezen felül Watt nevét utcákon, múzeumokon és iskolákon is szerepeltetik. Története inspirálta a könyveket, filmeket és műalkotásokat, ideértve a szobrokat a Piccadilly-kertben és a Szent Pál-székesegyházban.

A Szent Pál-szoborra metszetük van: "James Watt... kibővítette hazája erőforrásait, növelte a az ember hatalma, és kiemelkedő helyre emelkedett a tudomány legszembetűnőbb követői és a világ."

• Jones, Peter Peter "A megvilágosodás és a francia forradalom él: James Watt, Matthew Boulton és fiaik." A történelmi folyóirat 42.1 (1999): 157–82. Nyomtatás.
• Hills, Richard L. "Teljesítmény a gőztől: a helyhez kötött gőzgép története." Cambridge: Cambridge University Press, 1993.
• Miller, David Philip. "„Puffing Jamie”: A „filozófus” létének kereskedelmi és ideológiai jelentősége James Watt hírnevének (1736–1819) esetében." A tudomány története 38.1 (2000): 1–24. Nyomtatás.
• "James Watt élete és legendája: Együttműködés, természetes filozófia és a gőzgép fejlesztése." Pittsburgh: University of Pittsburgh Press, 2019.
• Pugh, Jennifer S. és John Hudson. "James Watt, F.R.S." A londoni királyi társaság jegyzetei és nyilvántartásai 40.1 (1985): 41–52. Nyomtatás.
• Russell, Ben. "James Watt: A világ megújulása." London: Tudományos Múzeum, 2014.
• Wright, Michael. "James Watt: Hangszerkészítő." A Galpin Society Journal 55 (2002): 104–29. Nyomtatás.