ames Watt a fost tatăl revoluției industriale; un inventator, inginer și om de știință. Rolul său crucial în transformarea lumii noastre de la una bazată pe agricultură la una bazată pe inginerie și tehnologie este recunoscut în unitatea de putere: watt.
Ghid rapid pentru invențiile și descoperirile lui James Watt
James Watt:
• a îmbunătățit radical motorul cu aburi, începând revoluția industrială.
• a continuat să producă un flux de idei și invenții noi, care au dus în cele din urmă la un motor care necesită Cu 80% mai puțin combustibil decât motoarele anterioare.
• a inventat motoare cu abur de înaltă presiune capabile să aibă eficiențe și mai mari, dar tehnologia vremii nu era capabilă să le acționeze în siguranță.
• a introdus cuvântul cai putere pentru a descrie puterea unui motor. Acum, în general, folosim wați pentru a măsura puterea, deși puterea motorului este încă adesea evaluată în cai putere.
• a fost prima persoană care a propus că apa este făcută din hidrogen combinat cu oxigen.
• a descoperit în mod independent conceptul științific al căldurii latente.
• a inventat prima mașină de copiat din lume, similară funcției unei fotocopiator, pentru a face copii ale corespondenței, paginilor cărților și imaginilor.
Early Years
James Watt s-a născut în 1736 în Greenock, Scoția, Marea Britanie. El provenea dintr-o familie de succes. Bunicul său, Thomas, a predat matematica; tatăl său, James, era un tâmplar care construia nave.
Mama sa, Agnes Muirhead, era bine educată. Ea l-a învățat să citească, în timp ce tatăl său l-a învățat aritmetica și scrisul.
James a excelat la matematică, știință și inginerie la liceu, dar abilitățile sale lingvistice au fost mai puțin impresionante. Sănătatea lui era adesea slabă și o mare parte din învățăturile sale aveau loc acasă, unde se relaxa urmărind bărcile de pescuit care se întorceau în port și navele cu vele mari care soseau cu tutun din America. Într-o zi, datorită minții sale inventive, nave precum acestea ar fi alimentate mai degrabă cu motoare decât cu pânze.
La optsprezece ani, după moartea mamei sale, și o scufundare a navei care a pus o povară financiară grea asupra lui familie, James a renunțat la planurile sale de a merge la universitate. În schimb, s-a format la Londra ca producător de instrumente științifice, specializat în instrumente matematice și nautice. În decurs de două luni, abilitățile sale erau mai mari decât altele care se antrenaseră de doi ani. Abilitățile sale excepționale de mână fuseseră comentate anterior de muncitorii din șantierul naval al tatălui său din Greenock.
După un an la Londra, a găsit de lucru la Universitatea Glasgow reparând instrumente pentru departamentul de astronomie.
Universitatea din Glasgow
Făcând prieteni, construind cunoștințe și dezvoltând noi abilități la Glasgow Universitatea
Munca instrumentelor lui Watt a fost atât de bună încât profesorii universității au dorit să-l mențină permanent acolo, așa că l-au invitat să înființeze un atelier în universitate. În curând și-au dat seama că tânărul din atelier era remarcabil de inteligent. Au început să-l cheme să discute despre munca lor. Studenții la matematică și fizică au descoperit că Watt învățase mai multe despre subiectele lor decât ei.
De asemenea, și-a depășit abilitățile lingvistice slabe, învățându-se el însuși limba germană și italiana pentru a citi mai multă literatură științifică.
James Watt în atelierul său
Watt a devenit prieten cu Adam Smith, care a fondat disciplina academică a Economiei și a scris Bogăția națiunilor. S-a împrietenit și cu chimistul Joseph Black, care a descoperit magneziul și, independent de Watt, a inventat conceptul de căldură latentă.
În 1759, la patru ani de la sosirea sa în Glasgow, James, în vârstă de 23 de ani Watt a devenit interesat de motoarele cu aburi.
Acest lucru s-a întâmplat când un alt dintre noii săi prieteni de la universitate, profesorul John Robinson, a discutat cu el posibilitatea unei mașini cu abur. Deși ideile lor pentru o mașină nu erau practice, o sămânță a fost semănată în mintea fertilă a lui Watt.
Nici profesorul Robinson nu a stat pe loc. El a fost prima persoană care a publicat o lege cu pătrat invers pentru forțele electrice și a inventat sirena.
Venirea aburului
În 1763, în vârstă de 27 de ani, Watt a intrat în contact cu un motor cu aburi funcțional, motorul Newcomen. Profesorul John Anderson, care a demonstrat motorul la orele sale de fizică, a avut nevoie de repararea acestuia. Watt a reparat, dar a fost uimit de cât de puțină muncă a fost capabilă motorul.
La acea vreme, motoarele Newcomen erau utilizate în Marea Britanie de 50 de ani și nimeni nu găsise o modalitate de a le îmbunătăți.Au lucrat pe principiul conform căruia un piston dintr-un cilindru era condus într-o direcție de un jet de abur care încălzea aerul din cilindru, extinzându-l; apa rece ar fi injectată în locul aburului pentru a răci aerul din cilindru, creând un vid parțial care a tras pistonul înapoi în cealaltă direcție, gata pentru ca ciclul să înceapă din nou cu injecția de abur fierbinte.
Watt a decis că poate produce un motor mai bun. S-a gândit la puțin altceva și a experimentat în atelierul său cu apă și abur în vase metalice.
După doi ani de experimentare și gândire, Watt a avut momentul său Eureka.
Odată cu înțelegerea sa științifică a comportamentului apei și a principiului căldurii latente, el a realizat că problema cu motorul cu aburi Newcomen era după cum urmează: căldura era folosită de motor pentru a genera abur, dar când aburul își făcuse treaba, cilindrul era răcit cu apă. Încălzirea și răcirea aceluiași cilindru pentru fiecare cursă a pistonului a fost foarte costisitoare în ceea ce privește energia necesară pentru a o face.
În cuvintele lui Watt, ușor modernizate:
Mi-a venit în minte ideea că aburul era un gaz în care se va repezi în un vid și dacă aș lega cilindrul motorului de un vas la presiune scăzută, aburul s-ar repezi în el. Aburul s-ar condensa acolo și nu ar răci cilindrul motorului. Am văzut apoi că trebuie să scap de aburul condensat din cilindru.
Motorul cu aburi al lui James Watt
Watt a reproiectat motorul. Ideea lui a fost că presiunea aerului ar împinge pistonul într-un vid parțial generat atunci când aburul se condensează în apă lichidă. Aburul s-a transformat în apă în condensatorul lui Watt, care era înconjurat de apă rece.
Procesul a fost ajutat de o pompă de vid conectată la condensator care a luat apa fierbinte produsă de aburul de condensare și a transportat-o înapoi, încă fierbinte, la cazanul gata să fie transformat înapoi în abur.
În timp ce păstra condensatorul la rece, Watt și-a dat seama și de importanța menținerii pistonului / cilindrului de lucru fierbinte: le-a înconjurat cu o manta caldă de abur.
Până la sfârșitul anului 1765, un Watt în vârstă de 29 de ani își construise primul său motor cu abur la scară mică, cu o cameră separată de condensare și o manta de abur. Începutul revoluției industriale se apropia, dar încă nu începuse.
În 1769, la 33 de ani, Watt a brevetat noul său motor.
Un motor Boulton & motor Watt din Birmingham, Anglia, construit în timpul vieții lui Watt în 1817. Imagine de Chris Allen.
De la motoare la scară mică la superputere industrială
Watt a deținut unul dintre cele mai importante brevete din istoria omenirii. El l-a vândut lui John Roebuck, a cărui fabrică a dat faliment.
Matthew Boulton de la Birmingham a cumpărat drepturile de brevet pentru motorul cu aburi Watt.
În 1775, Watt și-a sărbătorit 39 de ani și a început un parteneriat de 25 de ani cu Boulton. Parteneriatul a fost o combinație perfectă între ingeniozitatea științifică și inginerească a lui Watt și abilitățile comerciale și de fabrică ale lui Boulton.
Unsprezece ani după ce Watt a construit primul său motor cu abur la scară mică, motoarele sale au început să fie instalate pentru a pompa apa din mine. Taxa anuală pe care proprietarii de mine o plăteau pentru mașini era o treime din valoarea economiilor de combustibil pe care le făceau mașinile.
Știrile despre noile motoare super-eficiente s-au răspândit rapid și odată cu apariția aburului Watt motoare, a început revoluția industrială.
Succesul lui Watt și Boulton a avut câteva sughițuri pe parcurs. În 1791, au trebuit să-și înarmeze muncitorii împotriva unei revolte de patru zile în care oamenii de știință și intelectualii erau o țintă specifică.
Pe măsură ce au trecut anii, Boulton & Watt motoarele și-au găsit drumul în aplicații din ce în ce mai multe, iar Regatul Unit a fost cuprins de revoluția industrială. Boulton și Watt au început să-și exporte noua tehnologie în întreaga lume.
Noile industrii au început să elibereze în atmosferă cantități mai mari de dioxid de carbon decât acțiunile umane anterioare. Această tendință continuă astăzi.
James Watt în viața ulterioară
Sfârșitul, dar nu înainte de un nou design crucial al motorului!
În 1800, în vârstă de 64 de ani și foarte bogat, Watt s-a retras. Brevetul său expirase și el și Matthew Boulton au transmis parteneriatul fiilor lor, James Watt Junior și Matthew Robinson Boulton, care au continuat-o cu succes.
„James Watt a fost la fel de distins ca filosof și chimist natural; invențiile sale demonstrează cunoașterea sa profundă a acestor științe și acea caracteristică particulară a geniului – unirea lor pentru aplicare practică.”
Watt a continuat lucrările de cercetare la pensionare. El și-a brevetat aparatul de copiat, motorul cu acțiune dublă, motorul rotativ și indicatorul de presiune a aburului.
Motorul rotativ a fost crucial, deoarece a permis motoarelor să conducă roțile, mai degrabă decât mișcarea mai simplă de pompare în sus în jos a mașinilor anterioare.
James Watt a murit în 1819, la vârsta de 83 de ani. puterea mentală nu scăzuse. Mintea lui era ascuțită până la capăt.