Življenjepis Jamesa Watta, sodobni izumitelj parnih motorjev

James Watt (19. januar 1736 - 25. avgust 1819) je bil škotski izumitelj, inženir in kemik. Razvil je izvedljiv parni motor ki je uporabljal ločen kondenzator; ta inovacija je parni stroj naredila uporabno orodje za široko paleto uporab. Watt-ov izum - ali bolje rečeno, njegovo izboljšanje prejšnjega izuma, parnega stroja Newcomen - je bil tehnološki zagon za Industrijska revolucija.

Hitra dejstva: James Watt

James Watt se je rodil 19. januarja 1736 v Greenocku na Škotskem kot edini preživeli otrok od štirih otrok Jamesa Watta (1699–1737) in Agnes Muirhead (1901–1754). Greenock je bil ribiška vas, ki je v času Wattovega življenja postala zasedeno mesto s floto parnih ladij. Thomas Watt (1642–1734) je bil Jamesov mlajši znani matematik in lokalni šolski mojster. James Sr. je bil ugleden državljan Greenocka in uspešen mizar in ladijski oskrbnik, ki je delal na opremljanju ladij in delal na svojih inštrumentih, kompasih in kvadrantih. V različnih obdobjih je bil James Sr. tudi glavni glavni sodnik in zakladnik mesta.

James Watt je bil inteligenten, a zaradi slabega zdravja ni mogel redno obiskovati šole. Namesto tega je pridobil veščine, ki jih bo pozneje potreboval inženiring in orodjarsko delo s svojim očetom pri projektih tesarstva. James Watt je do 6. leta reševal geometrijske težave in izvajal svoje najzgodnejše raziskave narave pare, ki je vključevala eksperimentiranje s čajnikom kotlička. Watt je bil v otroštvu navdušen bralec in je v vsaki knjigi, ki mu pride v roke, našel nekaj, kar bi ga zanimalo.

Ko je Watt končno poslal v vaško šolo, mu je slabo zdravje preprečilo hiter napredek; Šele ko je bil star 13 ali 14 let, je začel kazati svoje sposobnosti, zlasti pri matematiki. Prosti čas je porabil za skiciranje s svinčnikom, rezbarenje in delo na orodni klopi z lesom in kovino. Naredil je veliko domiselnih strojnih del in nekaj čudovitih modelov ter užival v popravljanju navtičnih instrumentov.

Potem ko je njegova mati leta 1754 umrla, so 18-letnega Watta poslali v Glasgow, da bi se skupaj s stricem Johnom Muirheadom usposabljal za trgovca. Eden od maminih sorodnikov je bil predsednik oddelka za orientalske jezike in humanistične vede na Glasgow College, Watt pa je postal član tamkajšnjega literarnega društva. V Glasgowu je spoznal tudi druge učenjake, ki bi izkazali vpliv in podporo njegove kariere: Robert Dick, profesor naravne filozofije, Robert Simpson iz matematike in William Cullen iz medicine in kemije.

Dick je predlagal, da se Watt odpravi v London, da bi se izučil za izdelovalca matematičnih instrumentov. Z uvodnim pismom je Watt leta 1755 odšel v London in začel sodelovati z izdelovalcem instrumentov Johnom Morganom. Watt ni bil uradno vajenec, vendar je delal na mehanskih instrumentih: Morgan je menil, da je nadarjen, vendar je trajalo predolgo, da bi dokončal svoje delo. Delo z Morganom se je končalo junija 1756 in Dick mu je dobil kratkoročni položaj za delo na astronomski uri, odsev teleskopov in tranzitnih instrumentov. Watt se je konec leta vrnil v Greenock, vendar se je kmalu vrnil v Glasgow, kjer je začel majhno podjetje v ustvarjanju kvadrantov. Na Glasgow Collegeu je bil imenovan za izdelovalca matematičnih instrumentov, podprl ga je Dick-ov nadomestni John Anderson ter Cullenov nadomestni in kemičar Joseph Black (1728–1799). Črni je najbolj znan po svojem delu na latentnih in specifičnih vročinah in po odkritju ogljikovega dioksida, zato naj bi postal zagovornik Watt-a.

Leta 1759 je John Robison, študent v Glasgowu, Wattu pokazal model modela Newcomen parni stroj in predlagal, da se lahko uporablja za pogon vozičkov. Newcomen je leta 1703 izumil in patentiral Thomas Newcomen (1664–1729), Watt pa je začel graditi miniaturni modeli z uporabo kositrnih jeklenk in bata, pritrjenih na pogonska kolesa s sistemom zobnikov. V lastnih poskusih je sprva uporabljal poskuse apotekarjev in votle trsne posode za parne rezervoarje in cevi, kasneje papinov digester in navadno brizgo. Slednjo kombinacijo je naredil brezkondenzacijski motor, pri katerem je uporabil paro pod pritiskom 15 funtov na kvadratni palec. Ventil je delal ročno in James Watt je videl, da je za izdelavo delujočega stroja potrebna avtomatska prestava ventilov. Ta eksperiment pa ni prinesel nobenega praktičnega rezultata in naslednjih nekaj let je opustil to raziskavo.

Watt je ostal s kolidžem do 1760-ih, ko je začel partnerstvo s trgovcem John Craig, ki je deloma financiral Black. Eno od njihovih podvigov je bilo pridobivanje alkalij iz soli - v 18. stoletju so alkalijo lahko proizvajali le iz rastlin. Craig in Watt sta bila ena izmed več ljudi, ki so iskala način, kako to ustvariti na kemični način, truda pa so dosegli šele leta 1820. Watt in Craig sta delala tudi lončarske peči in glazure za izdelavo kositrnih posod.

Leta 1764 se je Watt poročil z Margaret Millar, znano kot Peggy, sestrično, ki jo je poznal že od otrok. Imela naj bi pet otrok, od katerih sta do odraslosti živela le dva: Margaret, rojena leta 1767, in James III, rojena leta 1769, ki bo kot odrasel postal glavna očetova podpora in poslovni partner.

Čez zimo 1763–1764 je John Anderson iz Glasgowa zahteval, da Watt popravi model Newcomenovega motorja. Lahko ga je spravil v pogon, vendar ga je zanimalo, zakaj stroj porabi toliko pare in kondenzacijske vode. Watts je začel preučevati zgodovino parnega stroja in izvajal eksperimentalne raziskave lastnosti pare.

Model parnih motorjev Newcomen je imel kotel, ki je bil narejen z velikostjo in ni bil sposoben zagotoviti dovolj pare za pogon motorja. Premer je bil približno devet centimetrov; parni valj je bil premera dva centimetra in je imel šest palčni hod bata. Watt je naredil nov kotel, s katerim je bilo mogoče izmeriti količino izhlapene vode in kondenzirati paro pri vsakem poteku motorja.

Watt je kmalu ugotovil, da motor potrebuje zelo majhno količino pare za segrevanje zelo velike količine vode. Takoj je začel natančno določiti sorazmerno maso pare in vode v parni jeklenki, ko je pri nižjem gibu motorja prišlo do kondenzacije. James Watt je samostojno dokazal obstoj "latentna vročina, "ki ga je odkril njegov mentor in podpornik Joseph Black. Watt se je v Black odpravil s svojimi raziskavami, ki je svoje znanje delil z Wattom. Watt je to ugotovil pri vrelišče, njegova kondenzacijska para je lahko segrela šestkrat večjo težo vode, ki jo porabijo za proizvodnjo kondenzacija.

Zavedajoč se, da je teža pare za težo bistveno bolj vpojna in rezervoar toplote kot voda, Watt je videl, da je treba skrbeti za večjo porabo kot prej poskus. Sprva je varčeval s kotlom in izdeloval kotle z lesenimi "školjkami", da bi preprečil izgube prevodnost in sevanje. Uporabil je tudi večje število dimnikov, kot je Newcomen moral zagotoviti popolnejšo absorpcijo toplote iz peči. Prav tako je pokril svoje parne cevi z neprevodnimi materiali in sprejel vse previdnosti, da bi zagotovil popolno izrabo toplote izgorevanje.

Kmalu je ugotovil, da so viri izgube toplote v Newcomenovem motorju:

• Odvajanje toplote skozi sam valj, ki je bil iz medenine in je bil dober prevodnik in dober radiator.
• Izguba toplote, ki izhaja iz potrebe po hlajenju jeklenke ob vsakem poteku pri proizvodnji grelnika vakuum.
• Izguba moči zaradi tlaka hlapov pod batom, ki je bila posledica nepopolne metode kondenzacije.

Njegov prvi poskus jeklenke neprevodnega materiala je bil narejen iz lesa, namočenega v olju in nato zapečenega, kar je povečalo ekonomičnost pare. Nato je izvedel vrsto zelo natančnih poskusov temperature in tlaka pare, tako da je izmeril količino pare, uporabljene pri vsakem gibu motorja. Lahko je potrdil svoj prejšnji sklep, da so tri četrtine toplote, ki jo dovaja motor, zapravili.

Po svojih znanstvenih raziskavah je James Watt sodeloval pri izboljšanju parnega stroja z inteligentnim razumevanjem njegovih obstoječih napak in poznavanjem njihovih vzrokov. Watt je kmalu videl, da je za zmanjšanje izgub pri delu pare v parnem cilindru treba bi bilo najti način, da boklenko nenehno ohranjal tako vročo, kot je vstopila para to.

James Watt pravi: "V mislih mi je prišlo, da bi, ko je bila para elastično telo, skočil v vakuum, in če bi med jeklenko in izčrpano posodo je bila vzpostavljena komunikacija, v njej bi se vrglo in se tam lahko ohladilo brez hlajenja valj. Nato sem videl, da se moram znebiti kondenzirane pare in vode za vbrizgavanje, če uporabim curek, kot pri Newcomenovem motorju. Dva načina za to sta se mi zgodila: Prvič, voda bi lahko odtekala spuščajočo cev, če bi se na globini 35 ali 36 čevljev izstrelil curek, zrak pa bi lahko črpal z majhno črpalko. Drugi način je bil narediti črpalko dovolj veliko, da črpa vodo in zrak. "

Nadaljeval je: "Ko se analizira, izum ne bi bil videti tako velik, kot se zdi. V stanju, v katerem sem našel parni stroj, ni bilo veliko truda, da bi opazil, da bo količina goriva, ki je potrebna za njegovo delovanje, za vedno preprečila njegovo veliko uporabnost. Naslednji korak mojega napredka je bil prav tako enostaven - poizvedovati, kaj je bil vzrok velike porabe goriva. Tudi to je bilo nakazano, tj. Odpadki goriva, ki so bili potrebni za dovajanje celotnega valja, bata, in sosednji deli od hladnosti vode do toplote pare, in sicer ne manj kot 15 do 20 krat v minuti. "

James Watt je izumil svoj pomemben ločen kondenzator. Nadaljeval je z eksperimentalnim testom svojega novega izuma. Njegov mali model je deloval zelo dobro, popolnost vakuuma pa je bila taka, da je stroj dvignil 18-kilogramsko težo, obešeno z batne palice. Nato je zgradil večji model, rezultat njegovega testa pa je potrdil rezultate njegovih prvih poskusov.

Dolga leta so trajala, da je Watt ugotovil podrobnosti novega parnega stroja. Za začetek je moral Watt najti način, kako preprečiti, da bi se kondenzator napolnil z vodo. Poskusil je več pristopov, vključno z zračno črpalko, ki je kondenzatorju razbremenila vodo in zrak, ki sta se zbrala v kondenzatorju in zmanjšala vakuum. Nato je nadomestil olje in loj za vodo, ki se uporablja za mazanje bata, pri čemer paro ohranja tesno in preprečuje hlajenje valja. Drugi vzrok hlajenja jeklenke in posledično izguba energije pri njegovem delovanju je bil vhod zraka, ki je sledila batu navzdol po cilindru ob vsakem gibu, hlajenje notranjosti po njegovem stik. Izumitelj je to preprečil tako, da je pokril vrh cilindra in celoten cilinder obkrožil z zunanjim ohišje ali "parni plašč", ki je omogočil, da je para iz kotla prešla okoli parne jeklenke in pritisnila na zgornjo površino bata.

Potem ko je zgradil svoj večji eksperimentalni motor, je Watt najel sobo v stari zapuščeni koči. Tam je sodeloval z mehanikom Folmom Gardinerjem. Watt je pravkar spoznal Johna Roebucka, bogatega zdravnika, ki je z drugimi škotskimi kapitalisti nedavno ustanovil slovito Carron Iron Works. Roebuck je začel finančno podpirati Wattova prizadevanja in Watt je pogosto pisal Roebucku, v katerem je opisoval njegov napredek.

Avgusta 1765 je poskusil z majhnim motorjem in Roebucku napisal, da ima "dober uspeh", čeprav je bil stroj zelo nepopoln, in Roebucka sporočil, da začne izdelovati večji model. Oktobra 1765 je dokončal veliki parni stroj. Motor, čeprav je bil pripravljen na preizkušnjo, še vedno ni bil popoln. Kljub temu je naredil dobro delo za tako surov stroj.

Na žalost je Jamesa Wattja do leta 1765 zmanjšal v revščino in po tem, ko si je prijateljem sposodil precejšnje vsote, si je končno moral poiskati zaposlitev, da bi si lahko zagotovil družino. V obdobju približno dveh let se je podpiral kot gradbeni inženir, ki je nadzoroval in upravljal stavbo več kanalov na Škotskem in raziskovanje premogovih polj v soseski Glasgow za sodnike mag. mesto. Vendar se svojemu izumu ni povsem odrekel.

Leta 1767 je Roebuck prevzel Watt-ove obveznosti v višini 1.000 britanskih funtov in se dogovoril, da bo zagotovil več kapitala v zameno za dve tretjini Watt-ovega patenta. Drugi motor je bil izdelan s parno jeklenko premera sedem ali osem centimetrov, ki je bila končana leta 1768. To je delovalo dovolj dobro, da je partnerje spodbudilo k patentu, specifikacije in risbe pa so bile dokončane in predstavljene leta 1769.

Watt je tudi sestavil in postavil več Newcomenovih motorjev, deloma, morda, da bi se podrobneje seznanil s praktičnimi podrobnostmi izdelave motorjev. Medtem je pripravljal načrte in zgradil zmerno velik motor svojega novega tipa. Njegova parna jeklenka je bila premera 18 centimetrov, hod bata pa 5 čevljev. Ta motor je bil izdelan v Kinneilu, dokončan pa je bil septembra 1769. Ni bilo vse zadovoljivo niti pri gradnji niti v obratovanju. Kondenzator je bil površinski kondenzator, sestavljen iz cevi, ki je nekako podoben tistim, ki jih je uporabil njegov prvi mali model, in se ni izkazal za zadostno tesne. Parni bat se je resno iztekel in ponavljajoči se preskusi so le naredili bolj očitne njegove nepopolnosti. S finančno in moralno podporo sta mu pomagala tako Joseph Black kot John Roebuck, a se je počutil močno o tveganjih, ki jih je prevzel, da bi svoje prijatelje resno izgubil in postal zelo obupan.

Watt je pisal na Black, rekel: "Od vseh stvari v življenju ni nič bolj neumnega kot izumljanje; in verjetno je večina izumiteljev na lastne izkušnje prišla do istega mnenja. "

Leta 1768 je James Watt odpotoval v London, da bi mu predložil patent, in na poti spoznal Matthewa Boultona. Boulton je bil lastnik proizvodnega podjetja v Birminghamu, znanega kot Soho Manufactory, ki je proizvajalo majhne kovinske izdelke. Podedoval je očetov posel in ga precej dogradil. On in njegov posel sta bila zelo znana v angleškem razsvetljenskem gibanju sredi 18. stoletja.

Boulton je bil dober učenjak, z znanjem jezikov in znanosti - zlasti matematike -, čeprav je kot deček zapustil šolo, da bi hodil na delo v očetovo trgovino. V trgovini je kmalu predstavil številne dragocene izboljšave in vedno je iskal druge ideje, ki bi jih lahko uvedli v njegovo poslovanje.

Bil je tudi član slovitih Lunarno društvo Birmingham, skupina moških, ki so se sestali, da bi skupaj razpravljali o naravni filozofiji, inženiringu in industrijskem razvoju: ostali člani so odkrivali odkritelj kisika Joseph Priestley,Erazmus Darwin (dedek Charlesa Darwina) in poskusni lončar Josiah Wedgewood. Watt se je skupini pridružil, potem ko je postal Boultonov partner.

Boulton se je spoznal s plamenim in energičnim učenjakom Benjamin Franklin leta 1758, ki je takrat obiskal Soho. Do leta 1766 so se ti ugledni možje ujemali, med drugim so razpravljali o uporabnosti moči pare za različne uporabne namene. Zasnovali so nov parni stroj in Boulton zgradil model, ki so ga poslali Franklinu in ga razstavili v Londonu. Morali so še spoznati obstoj Jamesa Watta.

Ko je Boulton leta 1768 spoznal Watt-a, mu je bil všeč njegov motor in se je odločil za nakup interesa za patent. Z Roebuckovim soglasjem je Watt ponudil Boultonu tretjino obresti. Čeprav je bilo več zapletov, je Roebuck na koncu predlagal, da bi v Matthewu Boultonu prenesel polovico svojega lastništva v Watt-ovih izumih v višini 1.000 funtov. Ta predlog je bil sprejet novembra 1769.

Novembra 1774 je Watt svojemu starem partnerju Roebucku končno sporočil, da je uspešno preizkusil motor Kilmeil. Ni pisal s svojim običajnim navdušenjem in ekstravaganco; namesto tega je preprosto napisal: "Požarni stroj, ki sem ga izumil, zdaj gre in odgovarja veliko bolje kot kateri koli drugi, ki je bil še narejen, in pričakujem, da bo izum mi bo zelo koristilo. "

Eden od razlogov za pomanjkanje navdušenja je bil ta, da je njegova žena umrla med porodom prejšnje leto, septembra 1773. Srček, Watt se je pokopal v delu. Od sredine februarja 1774 je delal na termometrih in barometrih. Končal je gradbeni inženiring na Škotskem (deloma zaradi finančne krize na Škotskem) in maja odpotoval na jug v Birmingham, kjer se je pridružil družbi Lunar. Leta 1775 je zašel s polnim delovnim časom z Matthewom Boultonom.

Od tega trenutka naprej je podjetje Boulton in Watt lahko izdelalo vrsto delujočih motorjev z dejanskimi aplikacijami. Objavljene so bile nove inovacije in patenti za stroje, ki jih je mogoče uporabiti za mletje, tkanje in rezkanje. Parni motorji so bili uporabljeni za prevoz na kopnem in vodi. Skoraj vsak uspešen in pomemben izum, ki je zaznamoval zgodovina moči pare že vrsto let izvira iz delavnic Boulton in Watt.

Watt-ovo delo z Boultonom ga je spremenilo v lik mednarodne drže med moškimi črk. Njegov 25-letni patent mu je prinesel bogastvo; in on in Boulton sta postala vodilna na področju tehnološkega razsvetljenja v Angliji s solidnim ugledom inovativnega inženiringa. Watt se je leta 1776 poročil z Ann Macgregor in imela sta dva otroka (Gregory in Jessy), oba pa bi umrla mlada. James Watt Jr., njegov sin iz prve žene, je preživel svojega očeta in nadaljeval vlogo v nadaljevanju angleškega razsvetljenstva.

Kot rezultat partnerstva z Matthewom Boultonom je James Watt postal zelo bogat moški, ki je v Handsworthu v Staffordshireu zgradil eleganten dvorec, znan kot "hiša Heathfield". Leta 1800 se je upokojil in preostanek življenja preživel v prostem času in na potovanjih, da bi obiskal prijatelje in družino. Umrl je 25. avgusta 1819 v Heathfieldu. Pokopan je bil na pokopališču cerkve svete Marije v Handsworthu.

Watt-ovi izumi so na zelo smiseln način spodbudili industrijsko revolucijo in inovacije moderne dobe, od avtomobilov in vlakov do tovarn in družbenih vprašanj, ki so se razvijala kot rezultat. Poleg tega je Watt ime pripisano ulicam, muzejem in šolam. Njegova zgodba je navdihnila knjige, filme in umetniška dela, vključno s kipi v Piccadilly Gardens in St. Paul's Cathedral.

Na kipu pri St. Paul's so vrezane besede: "James Watt... povečal je vire svoje države, povečal moči človeka in se je povzpel na ugledno mesto med najvidnejšimi privrženci znanosti in resničnimi dobrotniki svet. "

• Jones, Peter M. "Živeti razsvetljenstvo in francoska revolucija: James Watt, Matthew Boulton in njihovi sinovi." Zgodovinski časopis 42.1 (1999): 157–82. Natisni
• Hills, Richard L. "Moč iz Steam: Zgodovina stacionarnega parnega motorja." Cambridge: Cambridge University Press, 1993.
• Miller, David Philip. ""Puffing Jamie": Komercialni in ideološki pomen "filozofa" v primeru ugleda Jamesa Watta (1736–1819)." Zgodovina znanosti 38.1 (2000): 1–24. Natisni
• "Življenje in legenda Jamesa Watta: Sodelovanje, naravna filozofija in izboljšanje parnega motorja." Pittsburgh: University of Pittsburgh Press, 2019.
• Pugh, Jennifer S. in John Hudson. "Kemijsko delo Jamesa Watta, F.R.S." Zapisi in zapisi Londonskega kraljevega združenja 40.1 (1985): 41–52. Natisni
• Russell, Ben. "James Watt: Na novo uredimo svet." London: Science Museum, 2014.
• Wright, Michael. "James Watt: Izdelovalec glasbil." Časopis Galpin Society 55 (2002): 104–29. Natisni