Biografija Jamesa Watta, izumitelja sodobnega parnega stroja
James Watt, 1736 - 1819. Inženir, izumitelj parnega stroja, John Partridge; po siru Williamu Beecheyu, 1806. Olje na platnu.
Nacionalne galerije Škotske / Getty Images
James Watt (30. januar 1736–25. avgust 1819) je bil škotski izumitelj, strojni inženir in kemik, čigar leta 1769 patentiran parni stroj je močno povečal učinkovitost in obseg uporabe zgodnjega atmosferskega parnega stroja, ki ga je predstavil Thomas Newcomen leta 1712. Medtem ko Watt ni izumil parnega stroja, se na splošno šteje, da je zaradi njegovih izboljšav Newcomenovega zgodnjega dizajna sodobni parni stroj postal gonilna sila Industrijska revolucija .
Hitra dejstva: James Watt
- Jones, Peter M. ' Življenje razsvetljenstva in francoske revolucije: James Watt, Matthew Boulton in njuni sinovi .' Zgodovinski časopis 42.1 (1999): 157–82. Tiskanje.
- Hills, Richard L. ' Moč iz pare: zgodovina stacionarnega parnega stroja .' Cambridge: Cambridge University Press, 1993.
- Miller, David Philip. Napihnjeni Jamie: komercialni in ideološki pomen biti 'filozof' na primeru slovesa Jamesa Watta (1736–1819).' Zgodovina znanosti , 2000, https://journals.sagepub.com/doi/abs/10.1177/007327530003800101.
- ' Življenje in legenda o Jamesu Wattu: sodelovanje, naravna filozofija in izboljšanje parnega stroja .' Pittsburgh: University of Pittsburgh Press, 2019.
- Pugh, Jennifer S. in John Hudson. ' Kemijsko delo Jamesa Watta, F.R.S. ' Beležke in zapisi Kraljeve družbe v Londonu, 1985.
- Russell, Ben. ' James Watt: Ustvarjanje sveta na novo .' London: Science Museum, 2014.
- Wright, Michael. ' James Watt: Izdelovalec glasbil .' The Galpin Society Journal 55, 2002.
Zgodnje življenje in usposabljanje
James Watt se je rodil 19. januarja 1736 v Greenocku na Škotskem kot najstarejši od petih preživelih otrok Jamesa Watta in Agnes Muirhead. Greenock je bila ribiška vas, ki je v času Wattovega življenja postala živahno mesto s floto parnikov. Jamesov dedek, Thomas Watt, je bil znan matematik in lokalni šolski učitelj. James starejši je bil ugleden državljan Greenocka ter uspešen tesar in ladjar, ki je opremljal ladje ter popravljal njihove kompase in druge navigacijske naprave. Občasno je bil tudi Greenockov glavni sodnik in blagajnik.
'Wattov prvi poskus', 18. stoletje, (c1870). James Watt (1736-1819) škotski inženir, ki je kot deček eksperimentiral s kotličkom za čaj za jedilno mizo doma svojega otroštva v Greenocku. V levem ozadju je očetov pomočnik s stranko v mizarski delavnici. Print Collector / Getty Images
Kljub temu, da je pokazal nagnjenost k matematiki, mu slabo zdravje mladega Jamesa ni moglo redno obiskovati gimnazije Greenock. Namesto tega je pridobil spretnosti, ki jih bo pozneje potreboval na področju mehanike inženiring in uporabo orodja s pomočjo očetu pri mizarskih projektih. Mladi Watt je bil vnet bralec in je v vsaki knjigi, ki mu je prišla v roke, našel nekaj, kar ga je zanimalo. Do 6. leta je reševal geometrijske probleme in uporabljal mamin kotliček za čaj, da je raziskoval paro. V zgodnjih najstniških letih je začel kazati svoje sposobnosti, zlasti pri matematiki. V prostem času je risal s svinčnikom, rezbaril in obdeloval na orodni mizi z lesom in kovino. Izdelal je veliko genialnih mehanskih del in modelov ter rad pomagal očetu pri popravilu navigacijskih instrumentov.
Po materini smrti leta 1754 je 18-letni Watt odpotoval v London, kjer se je izšolal za izdelovalca instrumentov. Čeprav so mu zdravstvene težave preprečile dokončanje ustreznega vajeništva, je do leta 1756 menil, da se je naučil dovolj za delo tako dobro kot večina pomožnikov. Leta 1757 se je Watt vrnil na Škotsko. Ko se je naselil v glavnem trgovskem mestu Glasgow, je odprl trgovino v kampusu Univerze v Glasgowu, kjer je izdeloval in popravljal matematične instrumente, kot so sekstanti, kompasi, barometri in laboratorijske tehtnice. Med študijem na univerzi se je spoprijateljil z več učenjaki, ki so se izkazali za vplivne in podprli njegovo prihodnjo kariero, vključno s slavnim ekonomistom Adam Smith in britanski fizik Jožefa Črnega , katerega poskusi bi se izkazali za bistvenega pomena za Wattove prihodnje zasnove parnih strojev.
James Watt kot mladenič, c1769. Umetnik: James Scott. Print Collector / Getty Images
Leta 1759 je Watt sklenil partnerstvo s škotskim arhitektom in poslovnežem Johnom Craigom za proizvodnjo in prodajo glasbil in igrač. Družba je trajala do leta 1765 in je včasih zaposlovala do 16 delavcev.
Leta 1764 se je Watt poročil s svojo sestrično Margaret Millar, znano kot Peggy, ki jo je poznal že od otroštva. Imela sta pet otrok, od katerih sta le dva dočakala polnoletnost: Margareto, rojeno leta 1767, in Jakoba III., rojenega leta 1769, ki bo kot odrasel postal očetov glavni podpornik in poslovni partner. Peggy je umrla med porodom leta 1772, leta 1777 pa se je Watt poročil z Ann MacGregor, hčerko izdelovalca barv iz Glasgowa. Par je imel dva otroka: Gregoryja, rojenega leta 1777, in Janet, rojeno leta 1779.
Pot do boljšega parnega stroja
Leta 1759 je študent na Univerzi v Glasgowu pokazal Wattu model a Newcomen parni stroj in predlagal, da bi ga lahko uporabili – namesto konj – za pogon kočij. Motor, ki ga je leta 1703 patentiral angleški izumitelj Thomas Newcomen, je deloval tako, da je v valj vlekel paro in s tem ustvaril delni vakuum, ki je omogočil povečan zračni tlak da potisne bat v valj. V 18. stoletju so motorje Newcomen uporabljali po vsej Britaniji in Evropi, večinoma za črpanje vode iz rudnikov.
Newcomenov atmosferski parni stroj. Newton Henry Black / Wikimedia Commons / javna last
Navdušen nad motorjem Newcomen, je Watt začel izdelovati miniaturne modele z uporabo kositrnih parnih valjev in batov, pritrjenih na pogonska kolesa s sistemom zobnikov. Pozimi 1763–1764 je John Anderson v Glasgowu prosil Watta, naj popravi model motorja Newcomen. Lahko ga je spravil v pogon, vendar je Watt, zmeden zaradi potrate pare, začel preučevati zgodovino parnega stroja in izvajati poskuse o lastnostih pare.
Watt je neodvisno dokazal obstoj latentna toplota (toplota, potrebna za pretvorbo vode v paro), o kateri je teoretiziral njegov mentor in podpornik Joseph Black. Watt je s svojo raziskavo šel k Blacku, ki je z veseljem delil svoje znanje. Watt je iz sodelovanja odšel z idejo, ki ga je usmerila na pot do izboljšanega parnega stroja, ki temelji na njegovem najbolj znanem izumu – ločen kondenzator .
Parni stroj Watt
Watt je ugotovil, da je bila največja napaka parnega stroja Newcomen slaba poraba goriva zaradi hitre izgube latentne toplote. Medtem ko so Newcomenovi motorji ponujali izboljšave v primerjavi s prejšnjimi parnimi stroji, so bili neučinkoviti glede količine premoga, porabljenega za proizvodnjo pare, v primerjavi z močjo, ki jo ta para proizvaja. V motorju Newcomen so bili v isti valj vbrizgani izmenični curki pare in hladne vode, kar pomeni, da so se z vsakim gibom bata navzgor in navzdol stene cilindra izmenično segrevale in nato ohlajale. Vsakič, ko je para vstopila v jeklenko, se je nadaljevala zgostiti dokler se valj s curkom hladne vode ne ohladi na delovno temperaturo. Posledično se je del potencialne moči iz toplote pare izgubil z vsakim ciklom bata.
James Watts parni stroj na delu. Zbiralec tiska / sodelavec / Getty Images
Wattova rešitev, razvita maja 1765, je bila opremiti svoj motor z ločeno komoro, ki jo je imenoval kondenzator, v kateri pride do kondenzacije pare. Ker je kondenzacijska komora ločena od delovnega valja, ki vsebuje bat, kondenzacija poteka z zelo malo izgubo toplote iz cilindra. Kondenzatorska komora ostane ves čas hladna in pod atmosferskim tlakom, medtem ko je jeklenka ves čas vroča.
V Wattovem parnem stroju se para črpa v pogonski valj pod batom iz kotla. Ko bat doseže vrh valja, se vstopni ventil, ki omogoča vstop pare v valj, zapre, hkrati pa se odpre ventil, ki omogoča uhajanje pare v kondenzator. Nižji atmosferski tlak v kondenzatorju črpa paro, kjer se ohladi in kondenzira iz vodne pare v tekočo vodo. Ta proces kondenzacije vzdržuje stalen delni vakuum v kondenzatorju, ki se prek povezovalne cevi prenaša v valj. Zunanji visok atmosferski tlak nato potisne bat nazaj navzdol po cilindru, da zaključi močni gib.
Ločitev valja in kondenzatorja je odpravila izgubo toplote, ki je pestila Newcomenov motor, kar je Wattovemu parnemu stroju omogočilo, da proizvede enako konjskih moči medtem ko kurite 60 % manj premoga. Prihranki so omogočili uporabo Wattovih motorjev ne le v rudnikih, temveč povsod, kjer je bila potrebna energija.
Vendar pa Wattov prihodnji uspeh nikakor ni bil zagotovljen niti ne bi prišel brez težav. Do takrat, ko je leta 1765 prišel s svojo prelomno idejo o ločenem kondenzatorju, so ga stroški njegovih raziskav pripeljali skoraj do revščine. Potem ko si je od prijateljev izposodil znatne vsote, je končno moral poiskati zaposlitev, da bi preživljal družino. V obdobju približno dveh let se je preživljal kot gradbeni inženir, preiskoval in upravljal gradnjo več kanalov na Škotskem ter raziskoval polja premoga v okolici Glasgowa za mestne sodnike, medtem ko je še naprej delal na svojem izumu. . Malodušni Watt je na neki točki svojemu staremu prijatelju in mentorju Josephu Blacku pisal: Od vseh stvari v življenju ni nič bolj neumnega kot izumljanje, in verjetno so večino izumiteljev k istemu mnenju pripeljale lastne izkušnje.
Leta 1768 je Watt po izdelavi majhnih delovnih modelov sklenil partnerstvo z britanskim izumiteljem in trgovcem John Roebuck za izdelavo in trženje parnih strojev polne velikosti. Leta 1769 je Watt dobil patent za svoj ločeni kondenzator. Wattov slavni patent z naslovom Nova izumljena metoda zmanjševanja porabe pare in goriva v gasilskih motorjih še danes velja za enega najpomembnejših patentov, ki so bili kdaj podeljeni v Združenem kraljestvu.
Bronasti kip Boultona, Watta in Murdocha, 'zlatih fantov', pozlačen v zlatu, v spomin na njihov razvoj parnega stroja, Broad Street, osrednji Birmingham, West Midlands, Anglija. Umetnica Ethel Davies. Slike dediščine / Getty Images
Partnerstvo z Matthewom Boultonom
Med potovanjem v London, da bi leta 1768 prijavil svoj patent, je Watt srečal Matthewa Boultona, lastnika proizvodnega podjetja v Birminghamu, znanega kot Soho Manufactory, ki je izdelovalo majhne kovinske izdelke. Bolton in njegovo podjetje so bili sredi 18. stoletja zelo znani in spoštovani angleško razsvetljensko gibanje .
Boulton je bil dober učenjak, s precejšnjim znanjem jezikov in znanosti - zlasti matematike - kljub temu, da je kot deček pustil šolo in šel delat v očetovo trgovino. V trgovini je kmalu uvedel številne dragocene izboljšave in vedno je bil na preži za drugimi zamislimi, ki bi jih lahko uvedel v svoje podjetje.
Bil je tudi član znamenite Lunarne družbe v Birminghamu, skupine mož, ki so se sestajali, da bi skupaj razpravljali o naravni filozofiji, inženiringu in industrijskem razvoju: med drugimi člani so bili odkritelj kisika Joseph Priestley, Erasmus Darwin (dedek Charlesa Darwina), in poskusni lončar Josiah Wedgwood . Watt se je pridružil skupini, potem ko je postal Boultonov partner.
Boulton se je seznanil z živahnim in energičnim učenjakom Benjamin Franklin leta 1758. Do leta 1766 so si ti ugledni možje dopisovali in med drugim razpravljali o uporabnosti parne moči za različne uporabne namene. Zasnovali so nov parni stroj in Boulton je izdelal model, ki so ga poslali Franklinu in ga ta razstavil v Londonu. Watta ali njegovega parnega stroja še niso spoznali.
Ko je Boulton leta 1768 srečal Watta, mu je bil njegov motor všeč in se je odločil kupiti delež v patentu. Z Roebuckovim soglasjem je Watt Boultonu ponudil tretjinski delež. Čeprav je prišlo do več zapletov, je Roebuck na koncu predlagal prenos polovice svojega lastništva nad Wattovimi izumi na Matthewa Boultona za znesek 1000 funtov. Ta predlog je bil sprejet novembra 1769.
Delujoči parni stroji Boulton in Watt
Parni stroj Boulton & Watt, 1784. Robert Henry Thurston / Wikimedia Commons / javna last
Novembra 1774 je Watt svojemu staremu partnerju Roebucku končno sporočil, da je njegov parni stroj uspešno opravil poskuse na terenu. Ko je pisal Roebucku, Watt ni pisal s svojim običajnim navdušenjem in ekstravaganco; namesto tega je preprosto zapisal: 'Gasilski motor, ki sem ga izumil, zdaj deluje in se odziva veliko bolje kot kateri koli drug, ki je bil doslej izdelan, in pričakujem, da mi bo izum zelo koristil.'
Od te točke naprej je podjetje Boulton and Watt lahko proizvedlo vrsto delujočih motorjev z uporabo v resničnem svetu. Za stroje, ki se lahko uporabljajo za brušenje, tkanje in rezkanje, so bile pridobljene nove inovacije in patenti. Parni stroji so bili uporabljeni za prevoz po kopnem in vodi. Skoraj vsak uspešen in pomemben izum, ki je dolga leta zaznamoval zgodovino parne moči, je nastal v delavnicah Boultona in Watta.
Upokojitev in smrt
Wattovo delo z Boultonom ga je spremenilo v osebnost mednarodnega priznanja. Njegov 25-letni patent mu je prinesel bogastvo in on in Boulton sta postala voditelja tehnološkega razsvetljenstva v Angliji, s trdnim slovesom inovativnega inženiringa.
Delavnica škotskega parnega inženirja in izumitelja Jamesa Watta (1736 - 1819) v Heathfieldu, kjer je živel od leta 1790 do svoje smrti. Arhiv Hulton / Getty Images
Watt je v Handsworthu v Staffordshiru zgradil eleganten dvorec, znan kot 'Heathfield Hall'. Leta 1800 se je upokojil in preostanek življenja preživel v prostem času ter na potovanjih, da bi obiskal prijatelje in družino.
James Watt je umrl 25. avgusta 1819 v Heathfield Hallu v starosti 83 let. Pokopan je bil 2. septembra 1819 na pokopališču cerkve sv. Marije v Handsworthu. Njegov grob se zdaj nahaja v razširjeni cerkvi.
Zapuščina
1878: prenosni parni stroj James Watt. Arhiv Hulton / Getty Images
Na zelo pomenljiv način so Wattovi izumi poganjali industrijsko revolucijo in inovacije moderne dobe, od avtomobilov, vlakov in parnikov do tovarn, da ne omenjamo socialnih vprašanj, ki so se razvila kot posledica. Danes Wattovo ime nosijo ulice, muzeji in šole. Njegova zgodba je navdihnila knjige, filme in umetniška dela, vključno s kipi v vrtovih Piccadilly in katedrali sv. Pavla.
Na kipu v cerkvi sv. Pavla so vgravirane besede: 'James Watt ... je povečal vire svoje države, povečal moč človeka in se povzpel na ugledno mesto med najslavnejšimi privrženci znanosti in pravimi dobrotniki sveta. '
Viri in nadaljnje reference
PosodobilRobert Longley