Biografi om James Watt, moderne Steam Engine Inventor

James Watt (19. januar 1736 - 25. august 1819) var en skotsk oppfinner, ingeniør og kjemiker. Han utviklet en brukbar dampmotor som benyttet en separat kondensator; denne nyvinningen gjorde at dampmotoren var et nyttig verktøy for et stort spekter av bruksområder. På mange måter var Wattts oppfinnelse - eller rettere sagt, forbedringen av en tidligere oppfinnelse, Newcomen-dampmotoren - den teknologiske drivkraften bak Industrielle revolusjon.

Rask fakta: James Watt

James Watt ble født 19. januar 1736 i Greenock, Skottland, som det eneste overlevende barnet til fire av James Watt (1699–1737) og Agnes Muirhead (1901–1754). Greenock var et fiskevær som i løpet av Watts levetid ble en travel by med en flåte av dampskip. James Jrs bestefar Thomas Watt (1642–1734) var en kjent matematiker og lokal skolemester. James Sr var en fremtredende borger i Greenock og en vellykket snekker og skipsandler som jobbet ved å montere skip og jobbe med instrumenter, kompass og kvadranter. På forskjellige tidspunkter var James Sr. også sjefsmistmann og kasserer i byen.

James Watt var intelligent, men på grunn av dårlig helse klarte han ikke å delta på skolen regelmessig. I stedet fikk han ferdighetene han senere skulle trenge i prosjektering og verktøy ved å jobbe med faren sin på tømrerprosjekter. Som 6-åring løste James Watt geometriske problemer og gjennomførte sin tidligste undersøkelse av dampens natur, som innebar å eksperimentere med morens tekanne. I barndommen var Watt en ivrig leser og fant noe som kunne interessere ham i hver bok som kom i hans hender.

Da Watt omsider ble sendt til landsbyskolen, forhindret hans dårlige helse rask fremgang; det var først da han var 13 eller 14 år at han begynte å stille ut sine evner, spesielt i matematikk. Fritiden hans ble brukt på å tegne med blyanten, snekre og jobbe ved verktøybenken med tre og metall. Han laget mange geniale mekaniske arbeider og noen vakre modeller, og likte å reparere nautiske instrumenter.

Etter at moren døde i 1754, ble den 18 år gamle Watt sendt til Glasgow for å trene som handelsmann hos onkelen John Muirhead. En av morens slektninger var styreleder for avdelingen for orientalske språk og humaniora ved Glasgow College, og Watt ble medlem av det litterære samfunnet der. Han møtte også andre lærde i Glasgow som ville vise seg innflytelsesrike og støttende karriere: Robert Dick, professor i naturfilosofi, Robert Simpson i matematikk, og William Cullen i medisin og kjemi.

Det var Dick som foreslo at Watt skulle dra til London for å få opplæring som matematisk instrumentprodusent. Med et introduksjonsbrev dro Watt til London i 1755 og begynte å samarbeide med instrumentprodusenten John Morgan. Watt var ikke offisielt lærling, men han arbeidet med mekanisk instrumentering: Morgan trodde han var talentfull, men tok for lang tid å fullføre arbeidet sitt. Jobben med Morgan ble avsluttet i juni 1756 og Dick fikk ham en kortsiktig stilling til å jobbe på en astronomisk klokke, reflekterende teleskoper og transittinstrumenter. Watt kom tilbake til Greenock på slutten av året, men han dro snart tilbake til Glasgow hvor han startet en liten virksomhet i kvadrantdannelse. Han ble utnevnt til matematisk instrumentprodusent ved Glasgow College, støttet av Dicks erstatter John Anderson, og av Cullens erstatter og kjemiker Joseph Black (1728–1799). Black er mest kjent for sitt arbeid med latente og spesifikke varmeapparater og for sin oppdagelse av karbondioksid, og han skulle bli en solid tilhenger av Watt.

I 1759 viste John Robison, en student ved Glasgow, Watt en modell av Nykomling dampmotor og antydet at det kan brukes til å drive vogner. Nykommeren ble oppfunnet og patentert i 1703 av Thomas Newcomen (1664–1729), og Watt begynte å bygge miniatyrmodeller som bruker tinndampsylindere og stempler festet til drivhjulene med et girsystem. I sine egne eksperimenter brukte han til å begynne med apotekernes forsøk og hule stokk for dampreservoarer og rør, og senere en Papins digester og en vanlig sprøyte. Den sistnevnte kombinasjonen laget en ikke-kondenserende motor, der han brukte damp med et trykk på 15 pund per kvadrat tomme. Ventilen ble jobbet for hånd, og James Watt så at et automatisk ventilutstyr var nødvendig for å lage en arbeidsmaskin. Dette eksperimentet førte imidlertid ikke til noe praktisk resultat, og i de neste årene forlot han denne forskningen.

Watt ble værende på høyskolen til 1760-tallet, da han inngikk et partnerskap med en kjøpmann ved navn John Craig, finansiert delvis med Black. En av dem var å produsere alkali fra salt - på 1700-tallet kunne alkali bare produseres fra planter. Craig og Watt var en av flere mennesker som lette etter en måte å skape det kjemisk, en innsats som ikke ble oppnådd før i 1820. Watt og Craig jobbet også på keramikkovner og glasurer for å lage tinnglasset møbler.

I 1764 giftet Watt seg med Margaret Millar, kjent som Peggy, en fetter han hadde kjent siden de var barn. De skulle få fem barn, hvorav bare to levde til voksen alder: Margaret, født i 1767, og James III, født i 1769, som som voksen ville bli farens viktigste støtte og forretningspartner.

Over vinteren 1763–1764 ba John Anderson i Glasgow Watt om å reparere en modell av Newcomen-motoren. Han klarte å få den til å gå, men han var nysgjerrig på hvorfor maskinen forbrukte så mye damp og kondenserende vann. Watts begynte å studere dampmaskinens historie og utførte eksperimentell undersøkelse av dampens egenskaper.

Newcomen-dampmotormodellen hadde en kjele som var laget for å skalere og var ute av stand til å innrette nok damp til å drive en motor. Det var omtrent ni centimeter i diameter; steam-sylinderen var to tommer i diameter og hadde et seks tommer stempelslag. Watt laget en ny kjele som kunne måle mengden vann som ble fordampet og dampen kondensert ved hvert slag av motoren.

Watt oppdaget snart at motoren krevde en veldig liten mengde damp for å varme opp en veldig stor mengde vann. Han begynte med en gang å bestemme med presisjon de relative vektene til damp og vann i dampsylinderen da kondensering fant sted ved motorens nedtur. James Watt beviste uavhengig eksistensen av "latent varme, "som hadde blitt oppdaget av hans mentor og støttespiller Joseph Black. Watt dro til Black med sin forskning, som delte sin kunnskap med Watt. Watt fant ut at på kokepunkt, kondenserende damp var i stand til å varme opp seks ganger vekten av vannet som ble brukt til å produsere kondensasjon.

Å innse at dampvekten for vekt var et langt større absorberende og reservoar av varme enn vann, så Watt viktigheten av å ta større vare på å spare det enn tidligere hadde vært forsøkt. Til å begynne med fikk han økonomi i kjelen og laget kjeler med "skjell" av tre for å forhindre tap ved ledning og stråling. Han brukte også et større antall rør enn Newcomen måtte sikre mer fullstendig absorpsjon av varmen fra ovngassene. Han dekket også damprørene sine med ikke-ledende materialer og tok alle forholdsregler for å sikre full utnyttelse av varmen fra forbrenning.

Han oppdaget snart at kildene til varmetap i Newcomen-motoren var:

• Selve sylinderen, som var av messing og var både en god leder og en god radiator, varmetilførsel.
• Tap av varme som følge av nødvendigheten av å avkjøle sylinderen ved hvert slag ved produksjon av vakuum.
• Tap av kraft på grunn av damptrykk under stemplet, som var en konsekvens av den ufullkomne metoden for kondens.

Hans første forsøk på en sylinder av ikke-ledende materiale var laget av tre fuktet med olje og deretter bakt, noe som økte dampøkonomien. Deretter gjennomførte han en serie meget nøyaktige eksperimenter på temperaturen og trykket til damp ved å måle mengden damp som ble brukt ved hvert slag av motoren. Han var i stand til å bekrefte sin forrige konklusjon om at tre fjerdedeler av varmen som ble levert til motoren var bortkastet.

Etter sine vitenskapelige undersøkelser jobbet James Watt med å forbedre dampmaskinen med en intelligent forståelse av de eksisterende manglene og kunnskap om deres årsak. Watt så snart at for å redusere tapene ved drift av dampen i dampsylinderen, det ville være nødvendig å finne en måte å hele tiden holde sylinderen like varm som dampen som kom inn den.

I følge James Watt: "Ideen kom inn i mitt sinn at da damp var en elastisk kropp, ville den skynde seg i et vakuum, og hvis en kommunikasjon ble gjort mellom sylinderen og et utmattet fartøy, den ville skynde seg inn i den og kunne være der kondensert uten avkjøling sylinderen. Jeg så da at jeg må bli kvitt kondensert damp og injeksjonsvann hvis jeg brukte en jet, som i Newcomens motor. To måter å gjøre dette på skjedde med meg: For det første kan vannet renne av et synkende rør, hvis en stråle kunne komme i dybden 35 eller 36 fot, og all luft kan bli trukket ut av en liten pumpe. Det andre var å gjøre pumpen stor nok til å trekke ut både vann og luft. "

Han fortsatte, "Når den ble analysert, ville oppfinnelsen ikke virke så stor som den så ut til å være. I den tilstanden jeg fant dampmotoren, var det ingen stor oppmerksomhet å se at mengden drivstoff som er nødvendig for å få den til å fungere, for alltid vil forhindre dens omfattende bruk. Neste skritt i fremgangen min var like lett - å spørre hva som var årsaken til det store forbruket av drivstoff. Dette ble også lett antydet, nemlig avfallet av drivstoff som var nødvendig for å bringe hele sylinderen, stempelet, og tilstøtende deler fra kulden i vannet til dampen, ikke mindre enn 15 til 20 ganger i løpet av et minutt. "

James Watt hadde oppfunnet sin helt viktige separate kondensator. Han fortsatte med å lage en eksperimentell test av sin nye oppfinnelse. Hans lille modell fungerte veldig bra, og perfeksjonen av vakuumet var slik at maskinen løftet en 18 kilos vekt hengt opp fra stempelstangen. Deretter konstruerte han en større modell, og resultatet av testen bekreftet resultatene fra hans første eksperimenter.

Det tok år for Watt å finne ut detaljene i den nye dampmaskinen. Til å begynne med måtte Watt finne en måte å forhindre at kondensatoren fylles med vann. Han prøvde flere tilnærminger, inkludert en luftpumpe, som avlastet kondensatoren på vannet og luften som samlet seg i kondensatoren og reduserte vakuumet. Han erstattet deretter olje og talg med vannet som ble brukt til å smøre stemplet, holde dampen tett og forhindret avkjøling av sylinderen. En annen årsak til avkjøling av sylinderen og følgelig sløsing med strøm under drift, var inngang av luft, som fulgte stempelet ned sylinderen ved hvert slag, og avkjølte det indre av det ta kontakt med. Oppfinner forhindret at dette skjedde ved å dekke toppen av sylinderen og omgi hele sylinderen med en ekstern foringsrør, eller "dampkappe", som gjorde at dampen fra kjelen kan passere rundt dampsylinderen og trykke på den øvre overflaten av stempel.

Etter å ha bygget sin større eksperimentelle motor, leide Watt et rom i en gammel øde hytte. Der jobbet han sammen med mekaniker Folm Gardiner. Watt hadde nettopp møtt John Roebuck, en velstående lege, som sammen med andre skotske kapitalister nylig hadde grunnlagt det berømte Carron Iron Works. Roebuck begynte å støtte Watts innsats økonomisk, og Watt skrev ofte til Roebuck for å beskrive hans fremgang.

I august 1765 prøvde han den lille motoren og skrev Roebuck at han hadde "god suksess", selv om maskinen var veldig ufullkommen, og informerte Roebuck om at han begynte å lage den større modellen. I oktober 1765 var han ferdig med den store dampmaskinen. Motoren, mens den var klar til prøving, var fremdeles langt fra perfekt. Det gjorde likevel godt arbeid for en så rå maskin.

I 1765 ble dessverre James Watt redusert til fattigdom, og etter å ha lånt betydelige summer fra venner, måtte han til slutt søke arbeid for å forsørge familien. I løpet av et tidsrom på rundt to år støttet han seg som sivilingeniør, kartlegger og ledet bygningen av flere kanaler i Skottland og utforske kullfelter i nabolaget til Glasgow for sorenskriverne i by. Han ga imidlertid ikke helt opp oppfinnelsen sin.

I 1767 overtok Roebuck Watt sine forpliktelser til en mengde av 1000 britiske pund og gikk med på å skaffe mer kapital i bytte for to tredjedeler av Watt's patent. En annen motor ble bygget med en dampsylinder som var syv eller åtte centimeter i diameter, og som ble ferdig i 1768. Dette fungerte tilstrekkelig for å få partnerne til å be om patent, og spesifikasjonene og tegningene ble fullført og presentert i 1769.

Watt bygde og satte også opp flere Newcomen-motorer, delvis, kanskje, for å gjøre seg mer grundig kjent med de praktiske detaljene i motorbygging. I mellomtiden utarbeidet han planer for og bygde en moderat stor motor av sin egen nye type. Dampsylinderen var 18 tommer i diameter, og stempelet til stempelet var 5 fot. Denne motoren ble bygget på Kinneil og sto ferdig i september 1769. Det var ikke alt tilfredsstillende verken i konstruksjonen eller i driften. Kondensatoren var en overflatekondensator sammensatt av rør som var lik de som ble brukt i hans første lille modell og viste seg ikke å være tilfredsstillende tett. Dampstempelet lekket alvorlig, og gjentatte forsøk tjente bare til å gjøre dens ufullkommenheter tydeligere. Han fikk hjelp med økonomisk og moralsk støtte av både Joseph Black og John Roebuck, men han følte sterkt om risikoen han løp for å involvere vennene sine i alvorlige tap og ble veldig motløs.

Watt skrev til Black og sa: "Av alle ting i livet er det ikke noe mer tåpelig enn å oppfinne; og sannsynligvis har flertallet av oppfinnerne blitt ført til den samme oppfatningen av sine egne erfaringer. "

I 1768 reiste James Watt til London for å få innlevert patentet sitt, og underveis møtte han Matthew Boulton. Boulton var eier av et Birmingham-produksjonsselskap kjent som Soho Manufactory, som produserte små metallvarer. Han hadde arvet farens virksomhet og bygget den opp betydelig. Han og hans virksomhet var veldig kjent i midten av 1700-tallets engelske opplysningsbevegelse.

Boulton var en god stipendiat, med betydelig kunnskap om språk og naturfag - spesielt matematikk - til tross for at han forlot skolen som gutt for å jobbe i farens butikk. I butikken introduserte han snart en rekke verdifulle forbedringer, og han var alltid på utkikk etter andre ideer som kan bli introdusert i virksomheten hans.

Han var også medlem av den berømte Lunar Society of Birmingham, en gruppe menn som møttes for å diskutere naturfilosofi, prosjektering og industriell utvikling sammen: andre medlemmer inkluderte oppdageren av oksygen Joseph Priestley,Erasmus Darwin (bestefar til Charles Darwin), og den eksperimentelle pottemakeren Josiah Wedgewood. Watt ble med i gruppen etter at han ble Boultons partner.

En flamboyant og energisk lærde, Boulton gjort kjent med Benjamin Franklin i 1758, som deretter besøkte Soho. I 1766 tilsvarte disse utmerkede mennene, og diskuterte blant annet dampkraftens anvendbarhet til forskjellige nyttige formål. De tegnet en ny dampmaskin og Boulton bygde en modell, som ble sendt til Franklin og stilt ut av ham i London. De hadde ennå ikke blitt klar over at James Watt eksisterte.

Da Boulton møtte Watt i 1768, likte han motoren hans og bestemte seg for å kjøpe en interesse i patentet. Med Roebucks samtykke tilbød Watt Boulton en tredjedel interesse. Selv om det var flere komplikasjoner, foreslo Roebuck etter hvert å overføre til Matthew Boulton halvparten av hans eierforhold i Watt's oppfinnelser for en sum av 1000 pund. Dette forslaget ble akseptert i november 1769.

I november 1774 kunngjorde Watt endelig til sin gamle partner Roebuck at han hadde gjort en vellykket prøving av Kilmeil-motoren. Han skrev ikke med sin vanlige entusiasme og ekstravaganse; i stedet skrev han ganske enkelt: "Brannbilen jeg har oppfunnet går nå, og svarer mye bedre enn noe annet som ennå er laget, og jeg regner med at oppfinnelse vil være veldig gunstig for meg. "

En årsak til hans manglende entusiasme var at kona døde under fødsel året før, i september 1773. Heartsick, Watt begravde seg selv i arbeidet. Fra midten av februar 1774 arbeidet han med termometre og barometre. Han avsluttet sin sivilingeniørvirksomhet i Skottland (delvis på grunn av en finanskrise i Skottland) og i mai reiste han sørover til Birmingham, hvor han begynte i Lunar Society. I 1775 gikk han inn i et heltids partnerskap med Matthew Boulton.

Fra det tidspunktet frem, kunne firmaet Boulton og Watt produsere en rekke fungerende motorer med virkelige applikasjoner. Nye innovasjoner og patenter ble tatt ut for maskiner som kunne brukes til sliping, veving og fresing. Dampmaskiner ble tatt i bruk for transport både på land og vann. Nesten hver vellykket og viktig oppfinnelse som markerte historie med dampkraft oppstod i mange år i verkstedene Boulton og Watt.

Watts arbeid med Boulton forvandlet ham til en figur av internasjonal status blant brevmenn. Hans 25 år lange patent brakte ham rikdom; og han og Boulton ble ledere innen teknologisk opplysning i England, med et solid rykte for innovativ prosjektering. Watt giftet seg med Ann Macgregor i 1776 og de fikk to barn (Gregory og Jessy), som begge skulle dø ung. James Watt Jr., sønnen fra sin første kone, overlevde faren og fortsatte å ha en rolle i den fortsatte engelske opplysningstiden.

Som et resultat av hans partnerskap med Matthew Boulton, ble James Watt en veldig velstående mann og bygde et elegant herskapshus kjent som "Heathfield House" i Handsworth, Staffordshire. Han ble pensjonist i 1800 og tilbrakte resten av livet på fritid og på reise for å besøke venner og familie. Han døde 25. august 1819 på Heathfield. Han ble gravlagt på kirkegården i St. Mary's Church i Handsworth.

På en veldig meningsfull måte anspurte Wattts oppfinnelser om den industrielle revolusjonen og innovasjonene i moderne tid, alt fra biler og tog til fabrikker og de sosiale problemene som utviklet seg som en resultat. I tillegg har Watts navn blitt knyttet til gater, museer og skoler. Historien hans har inspirert bøker, filmer og kunstverk, inkludert statuer i Piccadilly Gardens og St. Paul's Cathedral.

På statuen ved St. Paul er gravert ordene: "James Watt... utvidet ressursene i landet sitt, økte menneskets makt, og steg til et fremtredende sted blant vitenskapens mest anerkjente tilhengere og de virkelige velgjørerne av verden."

• Jones, Peter M. "Levende opplysningstiden og den franske revolusjonen: James Watt, Matthew Boulton og deres sønner." Historisk tidsskrift 42.1 (1999): 157–82. Skrive ut.
• Hills, Richard L. "Power from Steam: A History of the Stationary Steam Engine." Cambridge: Cambridge University Press, 1993.
• Miller, David Philip. "'Puffing Jamie': Den kommersielle og ideologiske betydningen av å være en 'filosof' i tilfelle omdømme av James Watt (1736–1819)." Vitenskapshistorie 38.1 (2000): 1–24. Skrive ut.
• "The Life and Legend of James Watt: Collaboration, Natural Philosophy and the Improving of Steam Engine." Pittsburgh: University of Pittsburgh Press, 2019.
• Pugh, Jennifer S. og John Hudson. "The Chemical Work of James Watt, F.R.S." Notater og poster fra Royal Society of London 40.1 (1985): 41–52. Skrive ut.
• Russell, Ben. "James Watt: Making the World Anew." London: Science Museum, 2014.
• Wright, Michael. "James Watt: Musical Instrument Maker." The Galpin Society Journal 55 (2002): 104–29. Skrive ut.