ames Watt war der Vater der industriellen Revolution; ein Erfinder, Ingenieur und Wissenschaftler. Seine entscheidende Rolle bei der Transformation unserer Welt von einer auf Landwirtschaft basierenden zu einer auf Technik und Technologie basierenden Welt wird in der Leistungseinheit anerkannt: dem Watt.
Kurzanleitung zu James Watt’s Erfindungen und Entdeckungen
James Watt:
• die Dampfmaschine radikal verbessert und die industrielle Revolution eingeleitet.
• weiterhin einen Strom neuer Ideen und Erfindungen hervorgebracht, die schließlich dazu führten, dass eine Maschine benötigt wurde 80% weniger Kraftstoff als frühere Motoren.
• erfand Hochdruckdampfmaschinen mit noch höheren Wirkungsgraden, aber die damalige Technologie war nicht in der Lage, sie sicher zu betreiben.
• eingeführt das Wort Leistung, um die Leistung eines Motors zu beschreiben. Wir verwenden jetzt im Allgemeinen Watt, um die Leistung zu messen, obwohl die Motorleistung immer noch häufig in PS angegeben wird.
• war die erste Person, die vorschlug, dass Wasser aus Wasserstoff in Kombination mit Sauerstoff besteht.
• entdeckte unabhängig das wissenschaftliche Konzept der latenten Wärme.
• erfand das weltweit erste Kopiergerät, das in seiner Funktion einem Fotokopierer ähnelt und Kopien von Korrespondenz, Buchseiten und Bildern erstellt.
frühe Jahre
James Watt wurde 1736 in Greenock, Schottland, UK geboren. Er stammte aus einer erfolgreichen Familie. Sein Großvater Thomas unterrichtete Mathematik; sein Vater James war ein Zimmermann, der Schiffe baute.
Seine Mutter, Agnes Muirhead, war gut ausgebildet. Sie brachte ihm das Lesen bei, während sein Vater ihm Rechnen und Schreiben beibrachte.
James war an der High School in Mathematik, Naturwissenschaften und Ingenieurwissenschaften hervorragend, aber seine Sprachkenntnisse waren weniger beeindruckend. Sein Gesundheitszustand war oft schlecht, und ein Großteil seines Lernens fand zu Hause statt, wo er sich entspannte, indem er beobachtete, wie Fischerboote in den Hafen zurückkehrten und große Segelschiffe mit Tabak aus Amerika ankamen. Eines Tages würden Schiffe wie diese dank seines Erfindungsgeistes eher von Motoren als von Segeln angetrieben.
Mit achtzehn Jahren nach dem Tod seiner Mutter und einem sinkenden Schiff, das eine schwere finanzielle Belastung für ihn darstellte James gab seine Pläne auf, zur Universität zu gehen. Stattdessen absolvierte er in London eine Ausbildung zum wissenschaftlichen Instrumentenbauer mit Spezialisierung auf mathematische und nautische Instrumente. Innerhalb von zwei Monaten waren seine Fähigkeiten höher als bei anderen, die seit zwei Jahren im Training waren. Seine außergewöhnlichen Handfertigkeiten waren zuvor von Arbeitern auf der Werft seines Vaters in Greenock kommentiert worden.
Nach einem Jahr in London fand er Arbeit an der Universität Glasgow, um Instrumente für die Astronomieabteilung zu reparieren.
Universität Glasgow
Freunde finden, Wissen aufbauen und neue Fähigkeiten in Glasgow entwickeln Die Instrumentenarbeit der Universität
Watt war so gut, dass die Professoren der Universität ihn dauerhaft dort arbeiten lassen wollten, und sie luden ihn ein, einen Workshop an der Universität einzurichten. Sie stellten bald fest, dass der junge Mann in der Werkstatt bemerkenswert intelligent war. Sie forderten ihn auf, ihre Arbeit zu besprechen. Studenten der Mathematik und Physik stellten fest, dass Watt mehr über ihre Fächer gelernt hatte als sie.
Er überwand auch seine früheren schlechten Sprachkenntnisse und brachte sich selbst Deutsch und Italienisch bei, um mehr wissenschaftliche Literatur zu lesen.
James Watt in seiner Werkstatt
Watt freundete sich mit Adam Smith an. der die akademische Disziplin der Wirtschaft gründete und The Wealth of Nations schrieb. Er freundete sich auch mit dem Chemiker Joseph Black an, der Magnesium entdeckte und unabhängig von Watt das Konzept der latenten Wärme erfand.
1759, vier Jahre nach seiner Ankunft in Glasgow, der 23-jährige James Watt interessierte sich für Dampfmaschinen.
Dies geschah, als ein anderer seiner neuen Freunde an der Universität, Professor John Robinson, mit ihm über die Möglichkeit eines dampfbetriebenen Autos sprach. Obwohl ihre Ideen für ein Auto unpraktisch waren, wurde ein Samen in Watt’s fruchtbaren Geist gesät.
Professor Robinson stand auch nicht still. Er war der erste, der ein Gesetz des umgekehrten Quadrats für elektrische Kräfte veröffentlichte, und er erfand die Sirene.
Das Kommen des Dampfes
1763, im Alter von 27 Jahren, kam Watt in Kontakt mit einer funktionierenden Dampfmaschine, der Newcomen-Maschine. Professor John Anderson, der den Motor in seinem Physikunterricht vorführte, musste repariert werden. Watt hat die Reparatur durchgeführt, war aber erstaunt, wie wenig Arbeit der Motor leisten konnte.
Zu dieser Zeit wurden in Großbritannien seit 50 Jahren Newcomen-Motoren eingesetzt, und niemand hatte einen Weg gefunden, sie zu verbessern.Sie arbeiteten nach dem Prinzip, dass ein Kolben in einem Zylinder durch einen Dampfstrahl in eine Richtung angetrieben wurde, der die Luft im Zylinder erwärmte und ihn ausdehnte. Anstelle des Dampfes würde kaltes Wasser eingespritzt, um die Luft im Zylinder abzukühlen, wodurch ein Teilvakuum erzeugt würde, das den Kolben in die andere Richtung zurückzog und bereit wäre, damit der Zyklus erneut mit der Einspritzung von heißem Dampf beginnen könnte
Watt entschied, dass er einen besseren Motor bauen könnte. Er dachte an wenig anderes und experimentierte in seiner Werkstatt mit Wasser und Dampf in Metallgefäßen.
Nach zwei Jahren des Experimentierens und Denkens hatte Watt seinen Eureka-Moment.
Mit seinem wissenschaftlichen Verständnis des Verhaltens von Wasser und des Prinzips der latenten Wärme erkannte er, dass das Problem mit der Newcomen-Dampfmaschine wie folgt war: Wärme wurde vom Motor zur Erzeugung von Dampf verwendet, aber wenn die Dampf hatte seine Arbeit getan, der Zylinder wurde mit Wasser abgekühlt. Das Heizen und Kühlen des gleichen Zylinders für jeden Kolbenhub war im Hinblick auf die dafür benötigte Energie sehr kostspielig.
In Watt’s eigenen Worten, leicht modernisiert:
Mir kam die Idee, dass Dampf als Gas ein Gas sein würde, in das er strömen würde ein Vakuum, und wenn ich den Zylinder des Motors mit einem Gefäß mit niedrigem Druck verband, strömte der Dampf hinein. Der Dampf würde dort kondensieren und den Motorzylinder nicht kühlen. Ich habe dann gesehen, dass ich den kondensierten Dampf aus dem Zylinder entfernen muss.
James Watt’s Dampfmaschine
Watt hat die Maschine neu gestaltet. Seine Idee war, dass der Luftdruck den Kolben in ein Teilvakuum drücken würde, das erzeugt wird, wenn Dampf zu flüssigem Wasser kondensiert. Der Dampf verwandelte sich in Watt’s Kondensator, der von kaltem Wasser umgeben war, in Wasser.
Der Prozess wurde durch eine an den Kondensator angeschlossene Vakuumpumpe unterstützt, die das vom Kondensationsdampf erzeugte heiße Wasser aufnahm und es noch heiß zum Kessel zurückführte, um es wieder in Dampf umzuwandeln.
Während Watt den Kondensator kalt hielt, erkannte er auch, wie wichtig es ist, den Kolben / Arbeitszylinder heiß zu halten: Er umgab diese mit einem heißen Dampfmantel.
Ende 1765 hatte ein 29-jähriger Watt seine erste kleine Dampfmaschine gebaut, die über eine separate Kondensationskammer und einen Dampfmantel verfügte. Der Beginn der industriellen Revolution rückte näher, hatte aber noch nicht begonnen.
1769 patentierte Watt im Alter von 33 Jahren seinen neuen Motor.
Ein Boulton & Watt-Motor in Birmingham, England, gebaut zu Lebzeiten von Watt im Jahr 1817. Bild von Chris Allen.
Von kleinen Motoren zur industriellen Supermacht
Watt besaß eines der wichtigsten Patente in der Geschichte der Menschheit. Er verkaufte es an John Roebuck, dessen Fabrik bankrott ging.
Matthew Boulton aus Birmingham kaufte die Patentrechte für die Dampfmaschine von Watt.
1775 feierte Watt seinen 39. Geburtstag und begann eine äußerst erfolgreiche 25-jährige Partnerschaft mit Boulton. Die Partnerschaft war eine perfekte Kombination aus dem wissenschaftlichen und technischen Einfallsreichtum von Watt und den Fähigkeiten von Boulton in Fabrik und Handel.
Elf Jahre nachdem Watt seine erste kleine Dampfmaschine gebaut hatte, wurden seine Motoren installiert, um Wasser aus Minen zu pumpen. Die jährliche Gebühr, die die Minenbesitzer für die Maschinen bezahlten, betrug ein Drittel des Wertes der Kraftstoffeinsparungen, die die Maschinen erzielten.
Die Nachricht von den neuen supereffizienten Motoren verbreitete sich schnell und mit dem Aufkommen von Watt’s Dampf Motoren begann die industrielle Revolution.
Der Erfolg von Watt und Boulton hatte einige Probleme. 1791 mussten sie ihre Arbeiter gegen einen viertägigen Aufstand rüsten, bei dem Wissenschaftler und Intellektuelle ein spezifisches Ziel waren.
Im Laufe der Jahre wurde Boulton & Watt Motoren fanden ihren Weg in immer mehr Anwendungen, und das Vereinigte Königreich wurde von der industriellen Revolution erfasst. Boulton und Watt begannen, ihre neue Technologie in die ganze Welt zu exportieren.
Die neuen Industrien begannen, größere Mengen Kohlendioxid in die Atmosphäre freizusetzen als bisherige menschliche Handlungen. Dieser Trend setzt sich bis heute fort.
James Watt im späteren Leben
Das Ende, aber nicht vor einem weiteren entscheidenden neuen Motordesign!
Im Jahr 1800, im Alter von 64 Jahren und sehr wohlhabend, ging Watt in den Ruhestand. Sein Patent war abgelaufen und er und Matthew Boulton gaben ihre Partnerschaft an ihre Söhne James Watt Junior und Matthew Robinson Boulton weiter, die sie erfolgreich fortsetzten.
„James Watt wurde gleichermaßen als Naturphilosoph und Chemiker ausgezeichnet. Seine Erfindungen belegen sein profundes Wissen über diese Wissenschaften und das eigentümliche Merkmal des Genies – das Vereinigung von ihnen für die praktische Anwendung.”
Watt setzte seine Forschungsarbeiten in seinem Ruhestand fort. Er patentierte sein Kopiergerät, den doppeltwirkenden Motor, den Rotationsmotor und die Dampfdruckanzeige.
Der Rotationsmotor war von entscheidender Bedeutung, da er es den Motoren ermöglichte, Räder anzutreiben, anstatt die einfachere Auf-Ab-Pumpbewegung früherer Maschinen.
James Watt starb 1819 im Alter von 83 Jahren Die mentale Kraft hatte nicht abgenommen. Sein Geist war bis zum Ende gestochen scharf.