Biografi om James Watt, oppfinneren av den moderne dampmotoren
James Watt, 1736 - 1819. Ingeniør, oppfinner av dampmaskinen, av John Partridge; etter Sir William Beechey, 1806. Olje på lerret.
National Galleries Of Scotland / Getty Images
James Watt (30. januar 1736—25. august 1819) var en skotsk oppfinner, maskiningeniør og kjemiker hvis dampmotor patentert i 1769 i stor grad økte effektiviteten og bruksområdet til den tidlige atmosfæriske dampmaskinen introdusert av Thomas Newcomen i 1712. Mens Watt ikke oppfant dampmaskinen, blir hans forbedringer av Newcomens tidligere design ansett for å ha gjort den moderne dampmaskinen til drivkraften bak Industrielle revolusjon .
Raske fakta: James Watt
- Jones, Peter M. ' Leve opplysningstiden og den franske revolusjonen: James Watt, Matthew Boulton og deres sønner .' The Historical Journal 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 saken om omdømmet til James Watt (1736–1819).' Vitenskapshistorie , 2000, https://journals.sagepub.com/doi/abs/10.1177/007327530003800101.
- ' The Life and Legend of James Watt: Collaboration, Natural Philosophy, and the Improvement of the Steam Engine .' Pittsburgh: University of Pittsburgh Press, 2019.
- Pugh, Jennifer S. og John Hudson. ' Det kjemiske arbeidet til James Watt, F.R.S. ' Notater og poster fra Royal Society of London, 1985.
- Russell, Ben. ' James Watt: Making the World Anew .' London: Science Museum, 2014.
- Wright, Michael. ' James Watt: Musikkinstrumentprodusent .' The Galpin Society Journal 55, 2002.
Tidlig liv og trening
James Watt ble født 19. januar 1736 i Greenock, Skottland, som eldst av de fem gjenlevende barna til James Watt og Agnes Muirhead. Greenock var en fiskerlandsby som ble en travel by med en flåte av dampskip under Watts levetid. James Jr.s bestefar, Thomas Watt, var en kjent matematiker og lokal skolemester. James Sr. var en fremtredende borger av Greenock og en vellykket snekker og skipstømger som utstyrte skip og reparerte kompassene og andre navigasjonsutstyr. Han tjente også med jevne mellomrom som Greenocks sjefsdommer og kasserer.
'Watts første eksperiment', 1700-tallet, (c1870). James Watt (1736-1819) skotsk ingeniør, som en gutt som eksperimenterte med tekjelen ved spisebordet i barndomshjemmet sitt i Greenock. I venstre bakgrunn ses farens assistent hos en klient i snekkerforretningen. Print Collector / Getty Images
Til tross for at han viste en evne til matematikk, hindret unge James sin dårlige helse ham fra å gå på Greenock Grammar School regelmessig. I stedet fikk han ferdighetene han senere skulle trenge innen mekanisk engineering og bruk av verktøy ved å hjelpe faren med snekkerprosjekter. Den unge Watt var en ivrig leser og fant noe som interesserte ham i hver bok som kom i hans hender. Da han var 6 år, løste han geometriske problemer og brukte morens tekjele for å undersøke damp. I de tidlige tenårene begynte han å vise sine evner, spesielt i matematikk. På fritiden skisserte han med blyanten, skåret og jobbet ved verktøybenken med tre og metall. Han laget mange geniale mekaniske arbeider og modeller og likte å hjelpe sin far med å reparere navigasjonsinstrumenter.
Etter at moren døde i 1754, reiste den 18 år gamle Watt til London, hvor han fikk opplæring som instrumentmaker. Selv om helseproblemer hindret ham i å fullføre en skikkelig læretid, følte han i 1756 at han hadde lært nok til å jobbe like bra som de fleste svenner. I 1757 kom Watt tilbake til Skottland. Han slo seg ned i den store kommersielle byen Glasgow, og åpnet en butikk på University of Glasgow campus, hvor han laget og reparerte matematiske instrumenter som sekstanter, kompasser, barometre og laboratorievekter. Mens han var på universitetet, ble han venn med flere lærde som skulle vise seg å være innflytelsesrike og støttende for hans fremtidige karriere, inkludert kjent økonom Adam Smith og britisk fysiker Joseph Black , hvis eksperimenter ville vise seg å være avgjørende for Watts fremtidige dampmotordesign.
James Watt som ung mann, c1769. Artist: James Scott. Print Collector / Getty Images
I 1759 dannet Watt et partnerskap med den skotske arkitekten og forretningsmannen John Craig for å produsere og selge musikkinstrumenter og leker. Partnerskapet varte til 1765, og til tider sysselsatte det opptil 16 arbeidere.
I 1764 giftet Watt seg med sin kusine, Margaret Millar, kjent som Peggy, som han hadde kjent siden de var barn. De fikk fem barn, hvorav bare to levde til voksen alder: Margaret, født i 1767, og James III, født i 1769, som som voksen skulle bli farens viktigste støttespiller og forretningspartner. Peggy døde under fødselen i 1772, og i 1777 giftet Watt seg med Ann MacGregor, datter av en fargemaker i Glasgow. Paret hadde to barn: Gregory, født i 1777, og Janet, født i 1779.
Veien til en bedre dampmaskin
I 1759 viste en student ved University of Glasgow Watt en modell av en Newcomen dampmaskin og foreslo at den kunne brukes – i stedet for hester – for å drive frem vogner. Patentert i 1703 av den engelske oppfinneren Thomas Newcomen, fungerte motoren ved å trekke damp inn i en sylinder, og skapte dermed et delvis vakuum som tillot den økte atmosfærisk trykk å skyve et stempel inn i sylinderen. I løpet av 1700-tallet ble Newcomen-motorer brukt i hele Storbritannia og Europa, mest for å pumpe vann ut av gruvene.
Newcomen atmosfærisk dampmaskin. Newton Henry Black / Wikimedia Commons / Public Domain
Fascinert av Newcomen-motoren begynte Watt å bygge miniatyrmodeller ved å bruke tinndampsylindere og stempler festet til drivhjul ved hjelp av et girsystem. Vinteren 1763–1764 ba John Anderson i Glasgow Watt om å reparere en modell av en Newcomen-motor. Han klarte å få den til å gå, men forvirret over sløsing med damp begynte Watt å studere historien til dampmaskinen og utførte eksperimenter i dampens egenskaper.
Watt beviste uavhengig eksistensen av latent varme (varmen som kreves for å omdanne vann til damp), som hadde blitt teoretisert av hans mentor og støttespiller Joseph Black. Watt dro til Black med sin forskning, som med glede delte sin kunnskap. Watt kom bort fra samarbeidet med ideen som satte ham på veien til en forbedret dampmaskin basert på hans mest kjente oppfinnelse - separat kondensator .
Watt-dampmaskinen
Watt innså at den største feilen i Newcomen-dampmotoren var dårlig drivstofføkonomi på grunn av dens raske tap av latent varme. Mens Newcomen-motorer ga forbedringer i forhold til tidligere dampmotorer, var de ineffektive med tanke på mengden kull som ble brent for å lage damp kontra kraft produsert av den dampen. I Newcomen-motoren ble vekslende stråler av damp og kaldt vann sprøytet inn i den samme sylinderen, noe som betyr at med hvert opp-og-ned-slag av stempelet, ble sylinderens vegger vekselvis oppvarmet og deretter avkjølt. Hver gang damp kom inn i sylinderen, fortsatte det kondensere inntil sylinderen ble avkjølt tilbake til arbeidstemperaturen ved stråle av kaldt vann. Som et resultat gikk en del av den potensielle kraften fra dampens varme tapt med hver syklus av stempelet.
James Watts dampmaskin på jobb. Print Collector / Bidragsyter / Getty Images
Watts løsning ble utviklet i mai 1765 og var å utstyre motoren hans med et separat kammer han kalte en kondensator der kondensering av dampen oppstår. Fordi kondenseringskammeret er atskilt fra arbeidssylinderen som inneholder stempelet, skjer kondensering med svært lite varmetap fra sylinderen. Kondensatorkammeret forblir kaldt og under atmosfærisk trykk til enhver tid, mens sylinderen forblir varm til enhver tid.
I en Watt-dampmaskin trekkes damp inn i kraftsylinderen under stempelet fra kjelen. Når stempelet når toppen av sylinderen, lukkes en innløpsventil som lar damp komme inn i sylinderen, samtidig som en ventil som lar damp slippe ut i kondensatoren åpnes. Det lavere atmosfæriske trykket i kondensatoren trekker inn dampen, hvor den avkjøles og kondenseres fra vanndamp til flytende vann. Denne kondenseringsprosessen opprettholder et konstant delvis vakuum i kondensatoren, som føres til sylinderen av et forbindelsesrør. Eksternt høyt atmosfærisk trykk skyver deretter stempelet tilbake ned i sylinderen for å fullføre kraftslaget.
Å separere sylinderen og kondensatoren eliminerte tapet av varme som plaget Newcomen-motoren, slik at Watts dampmaskin kunne produsere det samme hestekrefter mens du brenner 60 % mindre kull. Besparelsene gjorde det mulig for Watt-motorer å bli brukt ikke bare i gruver, men der det var behov for strøm.
Imidlertid var Watts fremtidige suksess på ingen måte sikret, og den ville heller ikke komme uten vanskeligheter. Da han kom opp med sin banebrytende idé for den separate kondensatoren i 1765, hadde utgiftene til forskningen hans gjort ham nær fattigdom. Etter å ha lånt betydelige summer av venner, måtte han til slutt søke arbeid for å forsørge familien. I løpet av et tidsrom på omtrent to år forsørget han seg selv som sivilingeniør, undersøkte og administrerte byggingen av flere kanaler i Skottland og utforsket kullfelt i nabolaget Glasgow for byens sorenskrivere, alt mens han fortsatte å jobbe med oppfinnelsen hans . På et tidspunkt skrev en fortvilet Watt til sin gamle venn og mentor Joseph Black: Av alle ting i livet er det ingenting som er mer tåpelig enn å finne på, og sannsynligvis har flertallet av oppfinnerne blitt ført til samme oppfatning av sine egne erfaringer.
I 1768, etter å ha produsert småskala arbeidsmodeller, inngikk Watt et samarbeid med britisk oppfinner og kjøpmann John Roebuck å bygge og markedsføre dampmaskiner i full størrelse. I 1769 fikk Watt patent på sin separate kondensator. Watts berømte patent med tittelen A New Invented Method of Lessening the Consumption of Steam and Fuel in Fire Engines regnes til i dag som et av de mest betydningsfulle patentene som noen gang er gitt i Storbritannia.
Bronsestatue av Boulton, Watt og Murdoch, 'the Golden Boys', forgylt i gull, for å minnes deres utvikling av dampmaskinen, Broad Street, sentralt i Birmingham, West Midlands, England. Artist Ethel Davies. Heritage Images / Getty Images
Partnerskap med Matthew Boulton
Mens han reiste til London for å søke om patentet sitt i 1768, møtte Watt Matthew Boulton, eier av et produksjonsselskap i Birmingham kjent som Soho Manufactory, som laget små metallvarer. Bolton og hans selskap var veldig kjent og respektert på midten av 1700-tallet Engelsk opplysningsbevegelse .
Boulton var en god lærd, med betydelig kunnskap om språk og vitenskap - 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 kunne bli introdusert i virksomheten hans.
Han var også medlem av det berømte Lunar Society of Birmingham, en gruppe menn som møttes for å diskutere naturfilosofi, ingeniørvitenskap og industriell utvikling sammen: andre medlemmer inkluderte oppdageren av oksygen Joseph Priestley, Erasmus Darwin (bestefar til Charles Darwin), og den eksperimentelle keramikeren Josiah Wedgwood . Watt ble med i gruppen etter at han ble Boultons partner.
En flamboyant og energisk lærd, ble Boulton kjent med Benjamin Franklin i 1758. I 1766 var disse utmerkede mennene korresponderende, og diskuterte blant annet anvendeligheten av dampkraft til forskjellige nyttige formål. De designet 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 Watt eller dampmaskinen hans.
Da Boulton møtte Watt i 1768, likte han motoren sin 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 til slutt å overføre til Matthew Boulton halvparten av hans eierskap i Watts oppfinnelser for summen av 1000 pund. Dette forslaget ble akseptert i november 1769.
Boulton og Watt arbeider dampmotorer
Boulton & Watt dampmaskin, 1784. Robert Henry Thurston / Wikimedia Commons / Public Domain
I november 1774 kunngjorde Watt endelig til sin gamle partner Roebuck at dampmaskinen hans hadde fullført feltforsøk. Når han skrev til Roebuck, skrev ikke Watt med sin vanlige entusiasme og ekstravaganse; i stedet skrev han ganske enkelt: 'Brannbilen jeg har oppfunnet går nå, og svarer mye bedre enn noen annen som ennå er laget, og jeg forventer at oppfinnelsen vil være veldig nyttig for meg.'
Fra det tidspunktet og fremover var firmaet Boulton og Watt i stand til å 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 på både land og vann. Nesten alle vellykkede og viktige oppfinnelser som preget historien til dampkraft i mange år, oppsto i verkstedene til Boulton og Watt.
Pensjon og død
Watts arbeid med Boulton forvandlet ham til en skikkelse med internasjonal anerkjennelse. Hans 25 år lange patent brakte ham rikdom, og han og Boulton ble ledere i den teknologiske opplysningstiden i England, med et solid rykte for innovativ ingeniørkunst.
Verkstedet til den skotske dampingeniøren og oppfinneren James Watt (1736 - 1819) i Heathfield, hvor han bodde fra 1790 til sin død. Hulton Archive / Getty Images
Watt bygde et elegant herskapshus kjent som 'Heathfield Hall' i Handsworth, Staffordshire. Han trakk seg tilbake i 1800 og tilbrakte resten av livet på fritid og på reise for å besøke venner og familie.
James Watt døde 25. august 1819 i Heathfield Hall i en alder av 83. Han ble gravlagt 2. september 1819. på kirkegården til St. Mary's Church i Handsworth. Graven hans ligger nå inne i den utvidede kirken.
Arv
1878: En bærbar James Watt-dampmaskin. Hulton Archive / Getty Images
På en veldig meningsfull måte drev Watts oppfinnelser den industrielle revolusjonen og innovasjoner i moderne tid, alt fra biler, tog og dampbåter, til fabrikker, for ikke å nevne de sosiale problemene som utviklet seg som et resultat. I dag er Watts navn 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's er ordene inngravert: 'James Watt ... utvidet ressursene i landet sitt, økte menneskets makt og steg til en eminent plass blant de mest berømte tilhengerne av vitenskapen og de virkelige velgjørerne i verden. '
Kilder og videre referanse
Oppdatert avRobert Longley