James Watt var faren til den industrielle revolusjonen; en oppfinner, ingeniør og forsker. Hans avgjørende rolle i å transformere vår verden fra en basert på landbruk til en basert på ingeniørfag og teknologi er anerkjent i kraftenheten: watt.
Hurtigveiledning til James Watts oppfinnelser og oppdagelser
James Watt:
• forbedret dampmotoren radikalt og startet den industrielle revolusjonen.
• fortsatte å produsere en strøm av nye ideer og oppfinnelser, som til slutt resulterte i en motor som krevde 80% mindre drivstoff enn tidligere motorer.
• oppfant høytrykksdampmaskiner med enda høyere effektivitet, men datidens teknologi var ikke i stand til å betjene dem trygt.
• introdusert ordet hestekrefter for å beskrive motorens ytelse. Vi bruker nå generelt watt for å måle kraft, selv om motoreffekt fremdeles ofte blir vurdert i hestekrefter.
• var den første personen som foreslo at vann er laget av hydrogen kombinert med oksygen.
• oppdaget uavhengig det vitenskapelige konseptet med latent varme.
• oppfant verdens første kopieringsmaskin, som ligner en kopimaskin, for å lage kopier av korrespondanse, sider med bøker og bilder.
Tidlige år
James Watt ble født i 1736 i Greenock, Scotland, Storbritannia. Han kom fra en vellykket familie. Hans bestefar, Thomas, underviste i matematikk; hans far, James, var en tømrer som bygde skip.
Moren hans, Agnes Muirhead, var velutdannet. Hun lærte ham å lese, mens faren lærte ham regning og skriving.
James utmerket seg med matematikk, naturfag og ingeniørfag på videregående skole, men hans språkkunnskaper var mindre imponerende. Hans helse var ofte dårlig, og mye av læringen hans skjedde hjemme, hvor han slappet av ved å se fiskebåter komme tilbake til havn og store seilskuter som ankom med tobakk fra Amerika. En dag, takket være hans oppfinnsomme sinn, ville skip som disse bli drevet av motorer i stedet for seil.
Ved atten, etter morens død, og et skip som senket, og som la en tung økonomisk belastning på hans familie, ga James opp planene sine om å gå på universitetet. I stedet trente han i London som vitenskapelig instrumentmaker, og spesialiserte seg i matematiske og nautiske instrumenter. I løpet av to måneder var hans ferdigheter høyere enn andre som hadde vært i trening i to år. Hans eksepsjonelle håndkunnskaper hadde tidligere blitt kommentert av arbeidere i farens verft i Greenock.
Etter et år i London fant han arbeid ved Glasgow University med å reparere instrumenter for astronomiavdelingen.
Glasgow University
Få venner, bygge kunnskap og utvikle nye ferdigheter i Glasgow Universitet
Watts instrumentarbeid var så bra at universitetets professorer ønsket å holde ham i jobb der permanent, så de inviterte ham til å sette opp en workshop på universitetet. De skjønte snart at den unge mannen på verkstedet var utrolig intelligent. De begynte å ringe til ham for å diskutere arbeidet deres. Studenter i matematikk og fysikk fant at Watt hadde lært mer om fagene sine enn de hadde.
Han overvant også sine tidligere dårlige språkkunnskaper og lærte seg tysk og italiensk for å lese mer vitenskapelig litteratur.
James Watt i sitt verksted
Watt ble venner med Adam Smith, som grunnla den akademiske disiplinen økonomi og skrev The Wealth of Nations. Han ble også venn med kjemikeren Joseph Black, som oppdaget magnesium og, uavhengig av Watt, oppfant begrepet latent varme.
I 1759, fire år etter sin ankomst til Glasgow, den 23 år gamle James Watt ble interessert i dampmaskiner.
Dette skjedde da en annen av hans nye venner ved universitetet, professor John Robinson, diskuterte med ham muligheten for en dampdrevet bil. Selv om ideene deres til en bil var upraktiske, ble det sådd et frø i Watts fruktbare sinn.
Professor Robinson sto heller ikke stille. Han var den første personen som publiserte en omvendt kvadratisk lov for elektriske krefter, og han oppfant sirenen.
The Coming of Steam
I 1763, 27 år gammel, kom Watt i kontakt med en fungerende dampmotor, Newcomen-motoren. Professor John Anderson, som demonstrerte motoren i sine fysikktimer, trengte den reparert. Watt utførte reparasjonen, men ble overrasket over hvor lite arbeid motoren var i stand til.
På den tiden hadde Newcomen-motorer blitt brukt i Storbritannia i 50 år, og ingen hadde funnet en måte å forbedre dem på.De jobbet på prinsippet om at et stempel i en sylinder ble drevet i en retning av en dampstråle som oppvarmet luft i sylinderen og utvidet den; kaldt vann vil bli injisert i stedet for dampen for å avkjøle luften i sylinderen, og skape et delvis vakuum som trakk stemplet tilbake i den andre retningen, klar for syklusen å begynne igjen med injeksjon av varm damp.
Watt bestemte seg for at han kunne lage en bedre motor. Han tenkte på lite annet, og eksperimenterte i verkstedet sitt med vann og damp i metallkar.
Etter to år med eksperimentering og tenking hadde Watt sitt Eureka-øyeblikk.
Med sin vitenskapelige forståelse av vanns oppførsel og prinsippet om latent varme, innså han at problemet med Newcomen-dampmotoren var som følger: varme ble brukt av motoren til å generere damp, men når damp hadde gjort sitt arbeid, sylinderen ble avkjølt med vann. Oppvarming og kjøling av den samme sylinderen for hvert stempelslag var veldig kostbar når det gjelder energien som trengs for å gjøre det.
I Watts egne ord, litt modernisert:
Tanken kom inn i tankene mine på at som damp var en gass, ville den strømme inn i et vakuum, og hvis jeg koblet motorsylinderen til et fartøy ved lavt trykk, ville dampen strømme inn i den. Dampen kondenserte der, og den ville ikke kjøle motorsylinderen. Jeg så da at jeg måtte kvitte meg med den kondenserte dampen fra sylinderen.
James Watts dampmotor
Watt redesignet motoren. Hans idé var at lufttrykket ville skyve stempelet inn i et delvis vakuum som genereres når damp kondenserer til flytende vann. Dampen ble til vann i Watts kondensator, som var omgitt av kaldt vann.
Prosessen ble hjulpet av en vakuumpumpe koblet til kondensatoren som tok det varme vannet som ble laget av kondensdampen og førte det tilbake, fremdeles varmt, til kjelen som var klar til å bli omgjort til damp.
Mens Watt holdt kondensoren kald, skjønte Watt også viktigheten av å holde stempelet / arbeidssylinderen varm: han omringet disse med en varm dampkappe.
Ved slutten av 1765 hadde en 29 år gammel Watt bygget sin første småskala dampmaskin med et separat kondensasjonskammer og en dampkappe. Starten på industriell revolusjon nærmet seg, men hadde ennå ikke begynt.
I 1769, 33 år gammel, patenterte Watt sin nye motor.
En Boulton & Watt-motor i Birmingham, England, bygget under Watts levetid i 1817. Bilde av Chris Allen.
Fra småskala motorer til industriell supermakt
Watt eide en av de viktigste patenter i menneskehetens historie. Han solgte den til John Roebuck, hvis fabrikk gikk konkurs.
Matthew Boulton fra Birmingham kjøpte patentrettighetene til Watts dampmaskin.
I 1775 feiret Watt sin 39-årsdag og startet et meget vellykket 25-årig partnerskap med Boulton. Partnerskapet var en perfekt kombinasjon av Watts vitenskapelige og tekniske oppfinnsomhet og Boultons fabrikk- og kommersielle ferdigheter.
Elleve år etter at Watt bygde sin første småskala dampmotor, begynte motorene hans å bli installert for å pumpe vann ut av gruvene. Årsavgiften gruveeierne betalte for maskinene var en tredjedel av verdien av drivstoffbesparelsene maskinene oppnådde.
Nyhetene om de nye supereffektive motorene spredte seg raskt og med å komme Watt’s steam motorer begynte den industrielle revolusjonen.
Watt og Boultons suksess hadde noen få hikke underveis. I 1791 måtte de bevæpne sine arbeidere mot et fire dagers opprør der forskere og intellektuelle var et spesifikt mål.
Etter hvert som årene gikk, ble Boulton & Watt motorer fant veien inn i stadig flere bruksområder, og Storbritannia ble grepet av den industrielle revolusjonen. Boulton og Watt begynte å eksportere sin nye teknologi over hele verden.
De nye industriene begynte å slippe større mengder karbondioksid ut i atmosfæren enn tidligere menneskelige handlinger hadde gjort. Denne trenden fortsetter i dag.
James Watt i senere liv
Slutten, men ikke før nok et avgjørende nytt motordesign!
I 1800, 64 år gammel, og veldig velstående, gikk Watt på pensjon. Patentet hans hadde utløpt, og han og Matthew Boulton ga partnerskapet videre til sønnene deres, James Watt Junior, og Matthew Robinson Boulton, som fortsatte det med suksess.
«James Watt ble like utmerket som en naturlig filosof og kjemiker; hans oppfinnelser demonstrerer hans dype kunnskap om disse vitenskapene, og det særegne kjennetegnet ved geni – forening av dem for praktisk anvendelse.”
Watt fortsatte med forskningsarbeid i pensjonen. Han patenterte kopimaskinen, den dobbeltvirkende motoren, den roterende motoren og damptrykkindikatoren.
Rotasjonsmotoren var avgjørende, fordi den gjorde det mulig for motorene å kjøre hjul i stedet for den enklere opp-ned-pumpebevegelsen til tidligere maskiner.
James Watt døde i 1819, 83 år gammel. Hans mental kraft hadde ikke avtatt. Hans sinn var knivskarpt til slutten.