James Watt oli teollisen vallankumouksen isä; keksijä, insinööri ja tiedemies. Hänen ratkaiseva roolinsa maailman muuttamisessa maataloudesta tekniikkaan ja tekniikkaan perustuvaksi tunnustetaan voimayksikössä: watti.
Pikaopas James Wattin keksintöihin ja löytöihin
James Watt:
• parantanut höyrykoneita radikaalisti aloittaen teollisen vallankumouksen.
• jatkoi uusien ideoiden ja keksintöjen tuottamista, mikä johti lopulta moottoriin 80% vähemmän polttoainetta kuin aikaisemmissa moottoreissa.
• keksi korkeapainehöyrykoneet, jotka pystyvät tuottamaan entistä paremman hyötysuhteen, mutta ajan tekniikka ei kyennyt käyttämään niitä turvallisesti.
• käyttöön sana hevosvoimaa kuvaamaan moottorin tehoa. Käytämme nyt yleensä wattia tehon mittaamiseen, vaikka moottorin teho onkin usein mitoitettu hevosvoimina.
• ehdotti ensimmäisenä, että vesi valmistetaan vedystä hapen kanssa.
• löysi itsenäisesti piilevän lämmön tieteellisen käsitteen.
• keksi maailman ensimmäisen kopiokoneen, joka on samanlainen kuin kopiokone, kopioiden tekemiseksi kirjeenvaihdosta, kirjojen sivuista ja kuvista.
Varhaiset vuodet
James Watt syntyi vuonna 1736 Greenockissa, Skotlannissa, Iso-Britanniassa. Hän tuli menestyvästä perheestä. Hänen isoisänsä Thomas opetti matematiikkaa; hänen isänsä James oli puuseppä, joka rakensi aluksia.
Hänen äitinsä, Agnes Muirhead, oli hyvin koulutettu. Hän opetti häntä lukemaan, kun taas hänen isänsä opetti hänelle laskutoimitusta ja kirjoittamista.
James menestyi matematiikassa, luonnontieteissä ja tekniikassa lukiossa, mutta hänen kielitaitonsa eivät olleet yhtä vaikuttavia. Hänen terveytensä oli usein huono, ja suuri osa hänen oppimisestaan tapahtui kotona, jossa hän rentoutui katsomalla takaisin satamaan palaavia kalastusaluksia ja Amerikan tupakan kanssa saapuvia suuria purjealuksia. Eräänä päivänä hänen kekseliästään mielestä tällaiset alukset voisivat toimia pikemminkin moottoreilla kuin purjeilla.
Kahdeksantoista, äitinsä kuoleman jälkeen, ja uppoava alus, joka asetti hänen raskaan taloudellisen taakkansa. perhe, James luopui suunnitelmistaan mennä yliopistoon. Sen sijaan hän koulutti Lontoossa tieteelliseksi instrumenttivalmistajaksi, joka on erikoistunut matemaattisiin ja merenkulkuvälineisiin. Kahden kuukauden sisällä hänen taitonsa olivat korkeammat kuin muut, jotka olivat olleet koulutuksessa kaksi vuotta. Työntekijät olivat aiemmin kommentoineet hänen poikkeuksellisia kädentaitojaan isänsä telakalla Greenockissa.
Vuoden Lontoossa vietetyn vuoden jälkeen hän löysi töitä Glasgow’n yliopistosta tähtitiedeinstrumenttien korjauksessa.
Glasgow’n yliopisto
Ystävien hankkiminen, tiedon rakentaminen ja uusien taitojen kehittäminen Glasgow’ssa Yliopisto
Wattin instrumenttityö oli niin hyvää, että yliopiston professorit halusivat pitää hänet pysyvästi työskentelevässä, joten he kutsuivat hänet perustamaan työpajan yliopistoon. Pian he huomasivat, että työpajassa oleva nuori mies oli huomattavan älykäs. He alkoivat kutsua häntä keskustelemaan työstään. Matematiikan ja fysiikan opiskelijoiden mielestä Watt oli oppinut oppiaineistaan enemmän kuin heillä oli.
Hän voitti myös aikaisemman huonon kielitaitonsa opettaen itsensä saksaksi ja italiaksi lukeakseen enemmän tieteellistä kirjallisuutta.
James Watt työpajassaan
Watt ystävystyi Adam Smithin kanssa, joka perusti taloustieteen akateemisen kurinalaisuuden ja kirjoitti Kansakuntien varallisuuden. Hänestä tuli myös ystäviä kemisti Joseph Blackin kanssa, joka löysi magnesiumin ja keksi Wattista riippumatta piilevän lämmön käsitteen.
Vuonna 1759, neljä vuotta hänen saapuessaan Glasgow’hin, 23-vuotias James Watt kiinnostui höyrykoneista.
Tämä tapahtui, kun toinen hänen uusista ystävistään yliopistossa, professori John Robinson, keskusteli hänen kanssaan höyrykäyttöisen auton mahdollisuudesta. Vaikka heidän ajatuksensa autosta olivat epäkäytännöllisiä, kylvettiin siemen Wattin hedelmällisessä mielessä.
Professori Robinson ei myöskään seisonut paikallaan. Hän julkaisi ensimmäisenä käänteisen neliön lain sähkövoimille, ja hän keksi sireenin.
Höyryn tulo
Vuonna 1763, 27-vuotias, Watt joutui kosketuksiin toimivalla höyrykoneella, Newcomen-moottorilla. Professori John Anderson, joka esitteli moottoria fysiikkaluokissaan, tarvitsi sen korjauksen. Watt teki korjauksen, mutta oli hämmästynyt siitä, kuinka vähän työtä moottori pystyi tekemään.
Tuolloin Newcomen-moottoreita oli käytetty Britanniassa 50 vuotta, eikä kukaan ollut löytänyt tapaa parantaa niitä.He työskentelivät periaatteella, että sylinterin mäntää käytettiin yhteen suuntaan höyrysuihkulla, joka lämmitti ilmaa sylinterissä laajentamalla sitä; kylmää vettä ruiskutettaisiin höyryn tilalle jäähdyttämään ilmaa sylinterissä, mikä luo osittaisen tyhjiön, joka vetää männän takaisin toiseen suuntaan, jolloin sykli voi aloittaa uudelleen kuuman höyryn ruiskutuksella.
Watt päätti voivansa tehdä paremman moottorin. Hän ajatteli vähän muuta ja kokeili työpajassaan vettä ja höyryä metalliastioissa.
Kahden vuoden kokeilun ja ajattelun jälkeen Wattilla oli hetki Eurekaan.
Tieteellisellä ymmärryksellään veden käyttäytymisestä ja piilevän lämmön periaatteesta hän tajusi, että Newcomen-höyrykoneen ongelma oli seuraava: moottori käytti lämpöä höyryn tuottamiseen, mutta kun höyry oli tehnyt työnsä sylinteri jäähdytettiin vedellä. Saman sylinterin lämmitys ja jäähdytys jokaiselle männän iskulle oli erittäin kallista sen tekemiseen tarvittavan energian suhteen.
Wattin omin sanoin, hieman modernisoitu:
Ajattelin ajatusta, että koska höyry oli kaasua, se tunkeutuisi tyhjiö, ja jos liitän moottorin sylinterin alhaiseen paineeseen olevaan astiaan, höyry tunkeutuu siihen. Höyry tiivistyy siellä eikä jäähdytä moottorisylinteriä. Sitten huomasin, että minun on päästävä eroon sylinteristä tiivistyneestä höyrystä.
James Wattin höyrykone
Watt suunnitteli moottorin uudelleen. Hänen ajatuksensa oli, että ilmanpaine työntäisi männän osittaiseen tyhjiöön, joka syntyy, kun höyry tiivistyy nestemäiseen veteen. Höyry muuttui vedeksi kylmän veden ympäröimässä Wattin lauhduttimessa.
Prosessia auttoi lauhduttimeen kytketty alipainepumppu, joka vei lauhduttavan höyryn tuottaman kuuman veden ja välitti sen vielä kuumana takaisin kattilaan, joka oli valmis kääntämään takaisin höyryksi.
Pidä lauhdutin kylmänä, mutta Watt ymmärsi myös männän / työsylinterin pitämisen tärkeyden: hän ympäröi nämä kuumalla höyryvaipalla.
Vuoden 1765 loppuun mennessä 29-vuotias Watt oli rakentanut ensimmäisen pienimuotoisen höyrykoneensa, jossa oli erillinen lauhdutuskammio ja höyrytakki. Teollisen vallankumouksen alku oli lähestymässä, mutta ei ollut vielä alkanut.
Vuonna 1769 33-vuotias Watt patentoi uuden moottorinsa.
Boulton & Watt-moottori Birminghamissa, Englannissa, rakennettu Wattin elinaikanaan vuonna 1817. Kuva: Chris Allen.
Pienistä moottoreista teollisiin supervoimiin
Watt omisti yhden tärkeimmistä patenteista ihmiskunnan historiassa. Hän myi sen John Roebuckille, jonka tehdas meni konkurssiin.
Matthew Boulton Birminghamista osti Wattin höyrykoneen patenttioikeudet.
Vuonna 1775 Watt juhli 39. syntymäpäiväänsä ja aloitti erittäin onnistuneen 25 vuoden kumppanuuden Boultonin kanssa. Kumppanuus oli täydellinen yhdistelmä Watin tieteellistä ja teknistä kekseliäisyyttä sekä Boultonin tehdas- ja kaupallisia taitoja.
Yhdentoista vuoden kuluttua Wattin ensimmäisen pienimuotoisen höyrykoneen rakentamisesta hänen moottoreitaan alettiin asentaa pumppaamaan vettä kaivoksista. Vuosimaksu, jonka kaivoksen omistajat maksoivat koneista, oli kolmasosa koneiden tekemien polttoainesäästöjen arvosta.
Uutiset uusista erittäin tehokkaista moottoreista levisivät nopeasti ja Wattin höyryn myötä. teollisuuden vallankumous alkoi.
Wattin ja Boultonin menestyksellä oli muutama hikka matkan varrella. Vuonna 1791 heidän oli aseistettava työntekijänsä neljän päivän mellakalle, jossa tutkijat ja älymystöt olivat erityinen kohde.
Vuosien mittaan Boulton & Watt moottorit löysivät tiensä yhä useampaan sovellukseen, ja Yhdistynyt kuningaskunta oli vallannut teollisen vallankumouksen. Boulton ja Watt alkoivat viedä uutta tekniikkaansa kaikkialle maailmaan.
Uudet teollisuudenalat alkoivat vapauttaa ilmakehään suurempia määriä hiilidioksidia kuin aikaisemmilla ihmisen toimilla oli ollut. Tämä suuntaus jatkuu tänään.
James Watt myöhemmässä elämässä
Loppu, mutta ei ennen uutta tärkeätä uutta moottorisuunnittelua!
Vuonna 1800, 64-vuotias, ja hyvin varakas, Watt jäi eläkkeelle. Hänen patenttinsa oli vanhentunut, ja hän ja Matthew Boulton välittivät kumppanuutensa pojilleen, James Watt Juniorille ja Matthew Robinson Boultonille, jotka jatkoivat sitä menestyksekkäästi.
”James Watt erotettiin yhtä lailla luonnonfilosofista ja kemististä; hänen keksintönsä osoittavat hänen syvällisen tietämyksensä näistä tieteistä ja sen neron erikoisen ominaisuuden – niiden käytännön soveltamista varten.”
Watt jatkoi tutkimustyötä eläkkeellä. Hän patentoi kopiokoneensa, kaksitoimimoottorin, pyörivän moottorin ja höyrynpaineen osoittimen.
Pyörivä moottori oli ratkaiseva, koska se antoi moottoreille mahdollisuuden ajaa pyöriä pikemminkin kuin aikaisempien koneiden yksinkertaisempi ylös-alas pumppausliike. henkinen voima ei ollut heikentynyt. Hänen mielensä oli partaterä loppuun asti.