Biografi om James Watt, moderne Steam Engine Inventor

James Watt (19. januar 1736 - 25. august 1819) var en skotsk opfinder, ingeniør og kemiker. Han udviklede en brugbar damp maskine der anvendte en separat kondensator; denne innovation gjorde dampmaskinen til et nyttigt værktøj til en lang række anvendelser. På mange måder var Watt's opfindelse - eller rettere sagt hans forbedring af en tidligere opfindelse, Newcomen-dampmotoren - den teknologiske drivkraft bag Industrielle revolution.

Hurtige fakta: James Watt

James Watt blev født den 19. januar 1736 i Greenock, Skotland, som det eneste overlevende barn af fire af James Watt (1699–1737) og Agnes Muirhead (1901–1754). Greenock var en fiskerlandsby, der i løbet af Watts levetid blev en travl by med en flåde af dampskibe. James Jr.'s bedstefar Thomas Watt (1642–1734) var en velkendt matematiker og lokal skolemester. James Sr. var en fremtrædende borger i Greenock og en succesrig tømrer og skibsandler, der arbejdede på at montere skibe og arbejde på deres instrumenter, kompasser og kvadranter. På forskellige tidspunkter var James Sr. også byens overordnede dommer og kasserer.

James Watt var intelligent, men på grund af dårligt helbred kunne han ikke gå i skole regelmæssigt. I stedet fik han de færdigheder, som han senere skulle have brug for ingeniørarbejde og værktøjsmaskiner ved at arbejde sammen med sin far på tømrerprojekter. I en alder af 6 løste James Watt geometriske problemer og gennemførte sin tidligste undersøgelse af naturen af ​​damp, som involverede eksperimentering med sin mors te-kedel. I drengealder var Watt en ivrig læser og fandt noget, der kunne interessere ham i hver bog, der kom i hans hænder.

Da Watt omsider blev sendt til landsbyskolen, forhindrede hans dårlige helbred hans hurtige fremskridt; det var først da han var 13 eller 14 år, at han begyndte at udstille sine evner, især i matematik. Hans fritid blev brugt med at tegne med sin blyant, udskære og arbejde på værktøjsbænken med træ og metal. Han lavede mange geniale mekaniske værker og nogle smukke modeller og nød at reparere nautiske instrumenter.

Efter hans mor døde i 1754 blev den 18 år gamle Watt sendt til Glasgow for at træne som købmand hos sin onkel John Muirhead. En af hans mors slægtninge var formand for afdelingen Oriental Language and Humanities på Glasgow College, og Watt blev medlem af det litterære samfund der. Han mødte også andre lærde i Glasgow, som ville vise sig indflydelsesrige og støttende for hans karriere: Robert Dick, professor i naturfilosofi, Robert Simpson i matematik, og William Cullen i medicin og kemi.

Det var Dick, der foreslog, at Watt skulle til London for at få uddannelse som en matematisk instrumentproducent. Med et introduktionsbrev forlod Watt til London i 1755 og begyndte at arbejde sammen med instrumentproducenten John Morgan. Watt var ikke officielt lærling, men han arbejdede med mekanisk instrumentering: Morgan mente, at han var talentfuld, men det tog for lang tid at afslutte sit arbejde. Jobbet med Morgan sluttede i juni 1756, og Dick fik ham en kortvarig position til at arbejde på et astronomisk ur, reflekterende teleskoper og transitinstrumenter. Watt vendte tilbage til Greenock i slutningen af ​​året, men han gik snart tilbage til Glasgow, hvor han begyndte en lille virksomhed inden for kvadrantdannelse. Han blev udnævnt til matematisk instrumentproducent ved Glasgow College, støttet af Dick's erstatning John Anderson, og af Cullens erstatning og kemiker Joseph Black (1728–1799). Black er bedst kendt for sit arbejde med latente og specifikke varmeapparater og for hans opdagelse af kuldioxid, og han skulle blive en ustabil tilhænger af Watt.

I 1759 viste John Robison, en studerende i Glasgow, Watt en model af Nykomne dampmotor og foreslog, at det måske kunne bruges til at drive vogne. Newcomen blev opfundet og patenteret i 1703 af Thomas Newcomen (1664-1729), og Watt begyndte at bygge miniature modeller ved hjælp af tin dampcylindre og stempler fastgjort til drivhjulene med et system med gear. I sine egne eksperimenter anvendte han først apotekernes forsøg og hule sukkerrør til dampbeholdere og rør og senere en Papins digester og en fælles sprøjte. Den sidstnævnte kombination lavede en ikke-kondenserende motor, hvor han brugte damp ved et tryk på 15 pund pr. Ventilen blev arbejdet i hånden, og James Watt så, at det var nødvendigt med et automatisk ventiludstyr for at fremstille en arbejdsmaskine. Dette eksperiment førte dog ikke til noget praktisk resultat, og i de næste flere år opgav han denne forskning.

Watt blev hos kollegiet indtil 1760'erne, da han indgik et partnerskab med en købmand ved navn John Craig, der delvis blev finansieret med Black. Et af deres firmaer var at fremstille alkali fra salt - i 1700-tallet kunne alkali kun produceres fra planter. Craig og Watt var en af ​​flere mennesker, der ledte efter en måde at skabe det kemisk, en indsats, der ikke blev opnået før i 1820. Watt og Craig arbejdede også på keramikovne og glasurer til fremstilling af tinglaseret delftware.

I 1764 giftede Watt sig med Margaret Millar, kendt som Peggy, en fætter, han havde kendt siden de var børn. De skulle have fem børn, hvoraf kun to levede i voksen alder: Margaret, født i 1767, og James III, født i 1769, der som voksen ville blive hans fars største støtte og forretningspartner.

I løbet af vinteren 1763–1764 bad John Anderson i Glasgow Watt om at reparere en model af Newcomen-motoren. Han var i stand til at få det til at køre, men han var nysgerrig efter, hvorfor maskinen forbrugte så meget damp og kondenserende vand. Watts begyndte at studere dampmaskinens historie og udførte eksperimentel undersøgelse af dampens egenskaber.

Newcomen-dampmotormodellen havde en kedel, der var lavet i skala og var ude af stand til at give nok damp til at drive en motor. Det var ca. ni inches i diameter; dampcylinderen var to inches i diameter og havde et seks tommer stempelslag. Watt lavede en ny kedel, der kunne måle mængden af ​​vand, der fordampedes, og dampen kondenseres ved hvert slag af motoren.

Watt opdagede snart, at motoren krævede en meget lille mængde damp for at varme en meget stor mængde vand. Han begyndte straks med præcision at bestemme de relative vægte af damp og vand i dampcylinderen, når kondensation fandt sted ved motorens nedslag. James Watt beviste uafhængigt eksistensen af ​​"latent varme, "som var blevet opdaget af hans mentor og tilhænger Joseph Black. Watt gik til Black med sin forskning, der delte sin viden med Watt. Watt fandt det ved kogepunkt, hans kondenserende damp var i stand til at opvarme seks gange dens vægt af vand brugt til produktion kondensation.

At indse, at dampvægt for vægt var en langt større absorberende og reservoir af varme end vand, så Watt vigtigheden af ​​at tage større omhu for at spare på det, end der tidligere havde været forsøgt. Først sparede han i kedlen og lavede kedler med træ "skaller" for at forhindre tab ved ledning og stråling. Han brugte også et større antal rør, end Newcomen var nødt til at sikre en mere fuldstændig absorption af varmen fra ovnens gasser. Han dækkede også sine damprør med ikke-ledende materialer og tog alle forholdsregler for at sikre den fulde udnyttelse af varmen fra forbrænding.

Han opdagede snart, at kildene til varmetab i Newcomen-motoren var:

• Afgivelse af varme fra selve cylinderen, som var af messing og var både en god leder og en god radiator.
• Varmetabet som følge af nødvendigheden af ​​at afkøle cylinderen ved hvert slag ved produktion af vakuum.
• Tab af magt på grund af damptrykket under stemplet, hvilket var en konsekvens af den ufuldkomne kondensmetode.

Hans første forsøg på en cylinder af ikke-ledende materiale var lavet af træ gennemvædet i olie og derefter bagt, hvilket øgede dampenes økonomi. Derefter udførte han en række meget nøjagtige eksperimenter med dampens temperatur og tryk ved at måle den mængde damp, der blev brugt ved hvert slag af motoren. Han var i stand til at bekræfte sin tidligere konklusion om, at tre fjerdedele af den varme, der blev leveret til motoren, blev spildt.

Efter hans videnskabelige undersøgelser arbejdede James Watt med at forbedre dampmaskinen med en intelligent forståelse af dens eksisterende mangler og kendskab til deres årsag. Watt så snart, at for at reducere tabene ved driften i dampcylinderen, det ville være nødvendigt at finde en måde at konstant holde cylinderen så varm som den damp, der kom ind det.

Ifølge James Watt: "Idéen kom ind i mit sind, at da damp var en elastisk krop, ville den skynde sig i et vakuum, og hvis en der blev foretaget kommunikation mellem cylinderen og et opbrugt kar, det ville skynde sig ind i det og kunne være der kondenseret uden afkøling cylinderen. Derefter så jeg, at jeg må slippe af med den kondenserede damp og injektionsvand, hvis jeg brugte en jet som i Newcomens motor. To måder at gøre dette på fandt mig: Først kan vandet løbe af med et faldende rør, hvis der kunne fås en slukstråle i dybden på 35 eller 36 fod, og enhver luft kunne udvindes med en lille pumpe. Det andet var at gøre pumpen stor nok til at udtrække både vand og luft. "

Han fortsatte, "Når den blev analyseret, virkede opfindelsen ikke så stor, som den så ud til at være. I den tilstand, hvor jeg fandt dampmaskinen, var det ikke en stor indsats for øje at konstatere, at den mængde brændstof, der var nødvendig for at få den til at fungere, for evigt ville forhindre dens omfattende brug. Det næste trin i mine fremskridt var lige så let - at spørge, hvad der var årsagen til det store forbrug af brændstof. Dette blev også let foreslået, nemlig affaldet med brændstof, som var nødvendigt for at bringe hele cylinderen, stemplet, og tilstødende dele fra koldt vand til dampvarme, ikke mindre end 15 til 20 gange på et minut. "

James Watt havde opfundet sin vigtigste separate kondensator. Han fortsatte med at lave en eksperimentel test af sin nye opfindelse. Hans lille model fungerede meget godt, og vakuumets perfektion var sådan, at maskinen løftede en 18-kilos vægt ophængt fra stempelstangen. Han konstruerede derefter en større model, og resultatet af dens test bekræftede resultaterne af hans første eksperimenter.

Det tog år for Watt at finde ud af detaljerne i den nye dampmotor. Til at begynde med måtte Watt finde en måde at forhindre kondensatoren i at fylde med vand. Han prøvede adskillige indfaldsvinkler, herunder en luftpumpe, der lettede kondensatoren for vandet og luft, der opsamledes i kondensatoren og mindskede vakuumet. Han erstattede derefter olie og talg efter det vand, der blev brugt til at smøre stemplet, holde dampen tæt og forhindre køling af cylinderen. En anden årsag til afkøling af cylinderen og den deraf følgende spild af strøm under dens drift var indgang af luft, der fulgte stemplet ned i cylinderen ved hvert slag og afkølede det indre af dets kontakt. Opfinderen forhindrede dette i at ske ved at dække toppen af ​​cylinderen og omgi hele cylinderen med en ydre et hus, eller "dampkappe", der gjorde det muligt for dampen fra kedlen at passere omkring dampcylinderen og trykke på den øvre overflade af stempel.

Efter at have bygget sin større eksperimentelle motor, lejede Watt et værelse i et gammelt øde hytte. Der arbejdede han sammen med mekaniker Folm Gardiner. Watt havde netop mødt John Roebuck, en velhavende læge, der sammen med andre skotske kapitalister for nylig havde grundlagt det berømte Carron Iron Works. Roebuck begyndte at støtte Watts indsats økonomisk, og Watt skrev ofte til Roebuck og beskrev hans fremskridt.

I august 1765 prøvede han den lille motor og skrev Roebuck, at han havde "god succes", selvom maskinen var meget ufuldkommen, og oplyste Roebuck, at han begyndte at fremstille den større model. I oktober 1765 afsluttede han den store dampmaskine. Motoren, mens den var klar til prøve, var stadig langt fra perfekt. Det gjorde ikke desto mindre godt arbejde for en sådan rå maskine.

I 1765 blev James Watt desværre reduceret til fattigdom, og efter at have lånt betydelige beløb fra venner, måtte han omsider søge beskæftigelse for at forsørge sin familie. I løbet af en periode på cirka to år støttede han sig selv som civilingeniør, landmand og ledelse af bygningen af adskillige kanaler i Skotland og udforske kulfelter i nabolaget af Glasgow for magistraterne i byen. Han opgav imidlertid ikke helt sin opfindelse.

I 1767 overtog Roebuck Watt's forpligtelser til et beløb på 1.000 britiske pund og accepterede at stille mere kapital til rådighed for to tredjedele af Watt's patent. En anden motor blev bygget med en dampcylinder, der var syv eller otte tommer i diameter, som blev færdig i 1768. Dette fungerede tilstrækkeligt godt til at få partnerne til at anmode om et patent, og specifikationerne og tegningerne blev afsluttet og præsenteret i 1769.

Watt byggede og opsatte også flere Newcomen-motorer, dels måske for at gøre sig mere grundigt fortrolig med de praktiske detaljer ved motorbygning. I mellemtiden forberedte han planer for og byggede en moderat stor motor af sin egen nye type. Dens dampcylinder var 18 tommer i diameter, og stemplets slag var 5 meter. Denne motor blev bygget i Kinneil og blev færdig i september 1769. Det var ikke alle tilfredsstillende i hverken dens konstruktion eller dens drift. Kondensatoren var en overfladekondensator sammensat af rør, der ligner dem, der blev brugt i hans første lille model og viste sig ikke at være tilfredsstillende stram. Dampstemplet lækkede alvorligt, og gentagne forsøg tjente kun til at gøre dens ufuldkommenheder mere tydelige. Han blev hjulpet med økonomisk og moralsk støtte af både Joseph Black og John Roebuck, men han følte stærkt om de risici, han løb for at involvere sine venner i alvorlige tab og blev meget mismodig.

Watt sagde til Black og sagde: ”Af alle ting i livet er der intet mere dumt end at opfinde; og sandsynligvis er hovedparten af ​​opfinderne blevet ført til den samme opfattelse af deres egne oplevelser. "

I 1768 rejste James Watt til London for at få indsendt hans patent, og undervejs mødte han Matthew Boulton. Boulton var ejer af et Birmingham-fremstillingsfirma kendt som Soho Manufactory, der fremstillede små metalvarer. Han havde arvet sin fars forretning og opbygget den betydeligt. Han og hans forretning var meget velkendt i midten af ​​det 18. århundrede, den engelske oplysningsbevægelse.

Boulton var en god lærd med et betydeligt kendskab til sprog og videnskab - især matematik - på trods af at han havde forladt skolen som dreng for at gå på arbejde i sin fars butik. I butikken introducerede han snart en række værdifulde forbedringer, og han var altid på udkig efter andre ideer, der måtte introduceres i hans forretning.

Han var også medlem af den berømte Lunar Society of Birmingham, en gruppe mænd, der mødtes for at diskutere naturfilosofi, teknik og industriel udvikling sammen: andre medlemmer inkluderede opdageren af ​​ilt Joseph Priestley,Erasmus Darwin (bedstefar til Charles Darwin) og eksperimentelle keramikeren Josiah Wedgewood. Watt kom med i gruppen, efter at han blev Boultons partner.

En flamboyant og energisk lærd, Boulton gjorde bekendtskab med Benjamin Franklin i 1758, som derefter besøgte Soho. I 1766 svarede disse fornemme mænd og diskuterede blandt andet dampkraftens anvendelighed til forskellige nyttige formål. De designede en ny dampmotor, og Boulton byggede en model, der blev sendt til Franklin og udstillet af ham i London. De var endnu ikke blevet opmærksomme på eksistensen af ​​James Watt.

Da Boulton mødte Watt i 1768, kunne han lide sin motor og besluttede at købe en interesse i patentet. Med Roebucks samtykke tilbød Watt Boulton en tredjedel interesse. Selv om der var flere komplikationer, foreslog Roebuck til sidst at overføre halvdelen af ​​sit ejerskab til Matthew Boulton i Watt's opfindelser for et beløb på 1.000 pund. Dette forslag blev accepteret i november 1769.

I november 1774 meddelte Watt endelig til sin gamle partner Roebuck, at han havde foretaget en vellykket prøve på Kilmeil-motoren. Han skrev ikke med sin sædvanlige begejstring og ekstravagance; i stedet skrev han simpelthen: "Den brandbil, jeg har opfundet, går nu og svarer meget bedre end noget andet, der endnu er lavet, og jeg forventer, at opfindelse vil være meget fordelagtig for mig. "

En af grundene til hans manglende entusiasme var, at hans kone var død under fødsel året før, i september 1773. Heartsick begravede Watt sig selv i arbejdet. Fra midten af ​​februar 1774 arbejdede han med termometre og barometre. Han afsluttede sin anlægsvirksomhed i Skotland (delvis på grund af en finanskrise i Skotland) og i maj rejste han sydpå til Birmingham, hvor han blev medlem af Lunar Society. I 1775 gik han ind i et fuldtids partnerskab med Matthew Boulton.

Fra det tidspunkt var firmaet Boulton og Watt i stand til at producere en række arbejdsmotorer med applikationer i den virkelige verden. Nye innovationer og patenter blev taget ud til maskiner, der kunne bruges til slibning, vævning og fræsning. Dampmaskiner blev taget i brug til transport på både land og vand. Næsten hver succesrig og vigtig opfindelse, der markerede dampkraftens historie stammer i mange år i Boulton- og Watt-værkstedene.

Watt's arbejde med Boulton forvandlede ham til en figur af international statur blandt bogstaver. Hans 25-årige patent bragte ham rigdom; og han og Boulton blev ledere inden for den teknologiske oplysning i England med et solidt omdømme for innovativ teknik. Watt giftede sig med Ann Macgregor i 1776, og de havde to børn (Gregory og Jessy), som begge døde ung. James Watt Jr., hans søn fra sin første kone, overlevede sin far og fortsatte med at spille en rolle i den fortsatte engelske oplysning.

Som et resultat af hans partnerskab med Matthew Boulton blev James Watt en meget velhavende mand og byggede et elegant palæ, kendt som "Heathfield House" i Handsworth, Staffordshire. Han trak sig tilbage i 1800 og tilbragte resten af ​​sit liv i fritid og rejser for at besøge venner og familie. Han døde den 25. august 1819 på Heathfield. Han blev begravet på kirkegården i St. Mary's Church i Handsworth.

På en meget meningsfuld måde ansporet Watt's opfindelser om den industrielle revolution og innovationer i moderne tidsalder, lige fra biler og tog til fabrikker og de sociale problemer, der udviklede sig som en resultat. Derudover er Watt's navn knyttet til gader, museer og skoler. Hans historie har inspireret bøger, film og kunstværker, inklusive statuer i Piccadilly Gardens og St. Paul's Cathedral.

På statuen ved St. Paul er indgraveret ordene: "James Watt... udvidede ressourcerne i sit land, øgede menneskets magt og steg til et fremtrædende sted blandt de mest berømte videnskabs tilhængere og de virkelige velgørere af verden."

• Jones, Peter M. "At leve oplysningstiden og den franske revolution: James Watt, Matthew Boulton og deres sønner." Det historiske tidsskrift 42.1 (1999): 157–82. Print.
• Hills, Richard L. "Power from Steam: A History of the Stationary Steam Engine." Cambridge: Cambridge University Press, 1993.
• Miller, David Philip. "'Puffing Jamie': Den kommercielle og ideologiske betydning af at være en 'filosof' i tilfælde af omdømme af James Watt (1736-1819)." Videnskabshistorie 38.1 (2000): 1–24. Print.
• "Livet og sagnet om James Watt: Samarbejde, naturfilosofi og forbedring af dampmotoren." Pittsburgh: University of Pittsburgh Press, 2019.
• Pugh, Jennifer S. og John Hudson. "Det kemiske arbejde af James Watt, F.R.S." Noter og optegnelser fra Royal Society of London 40.1 (1985): 41–52. Print.
• Russell, Ben. "James Watt: Making the World New." London: Science Museum, 2014.
• Wright, Michael. "James Watt: Musical Instrument Maker." The Galpin Society Journal 55 (2002): 104–29. Print.