James Watt var far til den industrielle revolution; en opfinder, ingeniør og videnskabsmand. Hans afgørende rolle i at omdanne vores verden fra en baseret på landbrug til en baseret på teknik og teknologi er anerkendt i magtenheden: watt.
Hurtig guide til James Watt’s opfindelser og opdagelser
James Watt:
• forbedrede dampmaskinen radikalt og startede den industrielle revolution.
• fortsatte med at producere en strøm af nye ideer og opfindelser, som til sidst resulterede i en motor, der krævede 80% mindre brændstof end tidligere motorer.
• opfandt højtryksdampmaskiner, der var i stand til endnu højere virkningsgrader, men datidens teknologi var ikke i stand til at betjene dem sikkert.
• introduceret ordet hestekræfter for at beskrive motorens effekt. Vi bruger nu generelt watt til at måle effekt, skønt motoreffekt stadig vurderes i hestekræfter.
• var den første person, der foreslog, at vand er fremstillet af brint kombineret med ilt.
• opdagede uafhængigt det videnskabelige koncept for latent varme.
• opfandt verdens første kopimaskine, der ligner en kopimaskine, til at lave kopier af korrespondance, sider med bøger og billeder.
Tidlige år
James Watt blev født i 1736 i Greenock, Scotland, UK. Han kom fra en succesrig familie. Hans bedstefar, Thomas, underviste i matematik; hans far, James, var en tømrer, der byggede skibe.
Hans mor, Agnes Muirhead, var veluddannet. Hun lærte ham at læse, mens hans far lærte ham aritmetik og skrivning.
James udmærkede sig i matematik, naturvidenskab og teknik på gymnasiet, men hans sprogfærdigheder var mindre imponerende. Hans helbred var ofte dårligt, og meget af hans læring fandt sted derhjemme, hvor han slappede af ved at se fiskerbåde komme tilbage i havn og store sejlskibe, der ankom med tobak fra Amerika. En dag takket være hans opfindsomme sind ville skibe som disse blive drevet af motorer snarere end sejl.
Ved atten, efter hans mors død, og et skib, der synkede, lagde en tung økonomisk byrde på hans familie opgav James sine planer om at gå på universitetet. I stedet uddannede han sig i London som en videnskabelig instrumentproducent med speciale i matematiske og nautiske instrumenter. Inden for to måneder var hans færdigheder højere end andre, der havde været i træning i to år. Hans ekstraordinære håndkompetencer var tidligere blevet kommenteret af arbejdere i sin fars skibsværft i Greenock.
Efter et år i London fandt han arbejde på Glasgow University ved at reparere instrumenter til astronomiafdelingen.
Glasgow University
At få venner, opbygge viden og udvikle nye færdigheder i Glasgow Universitet
Watts instrumentarbejde var så godt, at universitetets professorer ville have ham til at arbejde der permanent, så de inviterede ham til at oprette en workshop på universitetet. De indså hurtigt, at den unge mand på værkstedet var bemærkelsesværdig intelligent. De begyndte at opfordre ham til at diskutere deres arbejde. Studerende i matematik og fysik fandt, at Watt havde lært mere om deres fag, end de havde gjort.
Han overvandt også sine tidligere dårlige sprogfærdigheder og lærte sig selv tysk og italiensk for at læse mere videnskabelig litteratur.
James Watt i sit værksted
Watt blev venner med Adam Smith, der grundlagde den akademiske disciplin i økonomi og skrev The Wealth of Nations. Han blev også venner med kemikeren Joseph Black, der opdagede magnesium og uafhængigt af Watt opfandt konceptet latent varme.
I 1759, fire år efter sin ankomst til Glasgow, var den 23-årige James Watt blev interesseret i dampmaskiner.
Dette skete, da en anden af hans nye venner på universitetet, professor John Robinson, diskuterede med ham muligheden for en dampdrevet bil. Selvom deres ideer til en bil var upraktiske, blev der sået et frø i Watts frugtbare sind.
Professor Robinson stod heller ikke stille. Han var den første person, der offentliggjorde en omvendt kvadratisk lov for elektriske kræfter, og han opfandt sirenen.
Dampens komme
I 1763, 27 år gammel, kom Watt i kontakt med en fungerende dampmaskine, Newcomen-motoren. Professor John Anderson, der demonstrerede motoren i sine fysikklasser, havde brug for den repareret. Watt reparerede, men var forbløffet over, hvor lidt arbejde motoren var i stand til.
På det tidspunkt havde Newcomen-motorer været brugt i Storbritannien i 50 år, og ingen havde fundet en måde at forbedre dem på.De arbejdede på princippet om, at et stempel i en cylinder blev drevet i en retning af en dampstråle, der opvarmede luft i cylinderen og udvidede den; koldt vand ville blive injiceret i stedet for dampen for at afkøle luften i cylinderen, hvilket skabte et delvis vakuum, der trak stemplet tilbage i den anden retning, klar til cyklussen til at begynde igen med injektion af varm damp.
Watt besluttede, at han kunne lave en bedre motor. Han tænkte på lidt andet og eksperimenterede i sit værksted med vand og damp i metalbeholdere.
Efter to års eksperimentering og tænkning havde Watt sit Eureka-øjeblik.
Med sin videnskabelige forståelse af vandets opførsel og princippet om latent varme, indså han, at problemet med Newcomen-dampmotoren var som følger: varme blev brugt af motoren til at generere damp, men når damp havde gjort sit arbejde, blev cylinderen kølet ned med vand. Opvarmning og afkøling af den samme cylinder for hvert stempelslag var meget dyrt med hensyn til den nødvendige energi til at gøre det.
Med Watts egne ord, lidt moderniseret:
Idéen kom ind i mit sind, at da damp var en gas, ville den strømme ind i et vakuum, og hvis jeg forbandt motorens cylinder til en beholder ved lavt tryk, ville dampen strømme ind i den. Dampen kondenserer der, og den køler ikke motorcylinderen. Jeg så derefter, at jeg skulle slippe af med den kondenserede damp fra cylinderen.
James Watts dampmotor
Watt redesignede motoren. Hans idé var, at lufttrykket ville skubbe stemplet ind i et delvis vakuum, der dannes, når damp kondenseres til flydende vand. Dampen blev til vand i Watts kondensator, som var omgivet af koldt vand.
Processen blev hjulpet af en vakuumpumpe tilsluttet kondensatoren, som førte det varme vand, der blev fremstillet af kondensationsdampen, og transporterede det tilbage, stadig varmt, til kedlen, der var klar til at blive omdannet til damp.
Mens Watt havde kondensatoren kold, indså Watt også vigtigheden af at holde stemplet / arbejdscylinderen varm: han omgav disse med en varm dampkappe.
Ved udgangen af 1765 havde en 29-årig Watt bygget sin første lille dampmaskine med et separat kondenseringskammer og en dampkappe. Starten på den industrielle revolution nærmer sig, men var endnu ikke begyndt.
I 1769, 33 år gammel, patenterede Watt sin nye motor.
En Boulton & Watt-motor i Birmingham, England, bygget under Watts levetid i 1817. Billede af Chris Allen.
Fra småskala-motorer til industriel supermagt
Watt ejede et af de vigtigste patenter i menneskehedens historie. Han solgte den til John Roebuck, hvis fabrik gik konkurs.
Matthew Boulton fra Birmingham købte patentrettighederne til Watts dampmaskine.
I 1775 fejrede Watt sin 39-årsdag og indledte et meget vellykket 25-årigt partnerskab med Boulton. Partnerskabet var en perfekt kombination af Watts videnskabelige og tekniske opfindsomhed og Boultons fabriks- og kommercielle færdigheder.
Elleve år efter at Watt byggede sin første småskala dampmaskine, begyndte hans motorer at blive installeret for at pumpe vand ud af miner. Det årlige gebyr, som mineejerne betalte for maskinerne, var en tredjedel af værdien af de brændstofbesparelser, maskinerne skabte.
Nyhederne om de nye supereffektive motorer spredte sig hurtigt og med Watt’s damp. motorer begyndte den industrielle revolution.
Watt og Boultons succes havde et par hikke undervejs. I 1791 måtte de bevæbne deres arbejdere mod et fire dages oprør, hvor forskere og intellektuelle var et specifikt mål.
Efterhånden som årene gik, Boulton & Watt motorer fandt vej ind i stadig flere anvendelser, og Det Forenede Kongerige blev grebet af den industrielle revolution. Boulton og Watt begyndte at eksportere deres nye teknologi over hele verden.
De nye industrier begyndte at frigive større mængder kuldioxid til atmosfæren, end tidligere menneskelige handlinger havde gjort. Denne tendens fortsætter i dag.
James Watt i senere liv
Enden, men ikke før endnu et afgørende nyt motordesign!
I 1800, 64 år gammel, og meget velhavende, trak Watt sig tilbage. Hans patent var udløbet, og han og Matthew Boulton overførte deres partnerskab til deres sønner, James Watt Junior, og Matthew Robinson Boulton, som fortsatte det med succes.
“James Watt blev lige så markeret som en naturlig filosof og kemiker; hans opfindelser demonstrerer hans dybe kendskab til disse videnskaber og det ejendommelige kendetegn ved geni – forening af dem til praktisk anvendelse.”
Watt fortsatte med forskningsarbejdet i sin pensionering. Han patenterede sin kopimaskine, den dobbeltvirkende motor, den roterende motor og damptryksindikatoren.
Den roterende motor var afgørende, fordi den gjorde det muligt for motorer at køre hjul snarere end den enklere pumpebevægelse fra tidligere maskiner.
James Watt døde i 1819 i alderen 83 år. Hans mental kraft var ikke faldet. Hans sind var knivskarpt til slutningen.