Биографија Јамеса Ватта, модерног проналазача паре мотора

Јамес Ватт (19. јануара 1736. - 25. августа 1819.) био је шкотски изумитељ, инжењер и хемичар. Развио је изводљив парна машина који је користио посебан кондензатор; ова иновација је парним стројем учинила користан алат за широк спектар употребе. На много начина, Ватт-ов изум - или боље речено, његово побољшање у односу на ранији изум, Невцомен-ов парни мотор - био је технолошки замах иза Индустријска револуција.

Брзе чињенице: Јамес Ватт

Јамес Ватт рођен је 19. јануара 1736. у Грееноцк-у, Шкотска, као једино преживело дете од четворо деце Јамеса Ватта (1699–1737) и Агнес Муирхеад (1901–1754). Грееноцк је било рибарско село које је за време Ваттовог живота постало прометно место са флотом парних бродова. Дјед Јамеса Јр.-а Тхомас Ватт (1642–1734) био је познати математичар и локални школски учитељ. Јамес Ср. био је истакнути грађанин Грееноцка и успешан столар и бродски брод који је радио на опремању бродова и радећи на њиховим инструментима, компасима и квадрантима. У разним периодима, Јамес Ср. био је и главни судија и благајник града.

Јамес Ватт био је интелигентан, али због лошег здравља није могао редовно да похађа школу. Уместо тога, стекао је вештине које ће му касније требати инжењеринг и алата радећи са оцем на столарским пројектима. До 6. године, Јамес Ватт је решавао геометријске проблеме и вршио своје најраније истраживање природе паре, што је укључивало експериментирање са чајником његове мајке. У детињству је Ватт био страствени читалац и пронашао је нешто што ће га занимати у свакој књизи која му дође у руке.

Када је Ватт коначно послан у сеоску школу, његово лоше здравље спречило му је брз напредак; тек када је имао 13 или 14 година, почео је да испољава своје способности, нарочито из математике. Слободно време проводио је цртајући оловком, резбарећи и радећи на клупи за алате са дрветом и металом. Направио је много генијалних машинских радова и неколико прелепих модела, а уживао је у поправљању наутичких инструмената.

Након што му је мајка умрла 1754. године, 18-годишњи Ватт послан је у Гласгов да се обучава као трговац код свог ујака Јохна Муирхеад-а. Једна од родбина његове мајке била је председавајућа одељења за оријенталне језике и хуманистичке знаности на колеџу у Гласгову, а Ватт је постао члан тамошњег књижевног друштва. У Гласгову је упознао и друге научнике који би показали утицај и подршку у каријери: Роберт Дицк, професор природне филозофије, Роберт Симпсон из математике и Виллиам Цуллен из медицине и хемије.

Дик је предложио да Ватт оде у Лондон како би се усавршавао као произвођач математичких инструмената. Уводним писмом Ватт је 1755. године отпутовао у Лондон и започео рад са произвођачем инструмента Јохном Морганом. Ватт није био званично научник, али радио је на механичким инструментима: Морган је сматрао да је талентован, али предуго му је требало да доврши посао. Посао с Морганом завршио је у јуну 1756. године и Дицк га је добио у кратком року за рад на астрономском сату, одражавању телескопа и транзитних инструмената. Ватт се вратио у Грееноцк крајем године, али се убрзо вратио у Гласгов, где је започео мали посао у изради квадраната. Постављен је за произвођача математичких инструмената на колеџу у Гласгову, уз подршку Дикиног заменика Јохна Андерсона и Цулленове замене и хемичара Јосепх Блацк (1728–1799). Црни је најпознатији по свом раду на латентним и специфичним врућинама и по открићу угљен-диоксида, а требало је да постане и одлучни поборник Ватта.

Године 1759, Јохн Робисон, студент у Гласгову, показао је Ватту модел овог Невцомен стеам енгине и сугерирао да се може користити за погон кочија. Невцомен је изумио и патентирао 1703. Тхомас Невцомен (1664–1729), а Ватт је почео са изградњом минијатурни модели који користе цилиндарске парне цилиндре и клипове причвршћене на погонске точкове системом зупчаника. У својим експериментима, испрва је користио пробе апотека и шупље канте за резервоаре и цеви за пару, а потом Папинов копач и обичну шприцу. Последња комбинација направила је безкондензациони мотор, у коме је користио пару под притиском од 15 фунти по квадратном инчу. Вентил је радио ручно, а Јамес Ватт је видио да је за прављење машина потребна аутоматска зупчаста вентила. Овај експеримент, међутим, није довео до практичног резултата и наредних неколико година је одустао од овог истраживања.

Ватт је остао с колеџом све до 1760-их, када је започео партнерство с трговцем по имену Јохн Цраиг, који је дијелом финансирао Блацк. Једно од њихових подухвата било је производити алкале из соли - у 18. веку, алкали су се могли производити само из биљака. Цраиг и Ватт били су један од неколико људи који су тражили начин да га хемијски створе, а напор је постигнут до 1820. Ватт и Цраиг такође су радили на керамичким пећима и глазурама за прављење лимених глазираних посуђа.

1764. године Ватт се оженио Маргарет Миллар, познатом као Пегги, рођаком којег је познавао још од деце. Требало је да има петоро деце, од којих је само двоје живело до пунолетства: Маргарет, рођена 1767. и Јамес ИИИ, рођена 1769, која ће као одрасла особа постати главни ослонац и пословни партнер његовог оца.

Током зиме 1763–1764, Јохн Андерсон из Гласгов-а тражио је од Ватт-а да поправи модел Невцоменовог мотора. Могао је да га покрене, али занимало га је зашто машина троши толико паре и воде за кондензацију. Ваттс је почео проучавати историју парног мотора и спровео експериментално истраживање својстава паре.

Модел парног мотора Невцомен имао је котао који је направљен на скали и није био у стању да обезбеди довољно паре за погон мотора. Пречник је био око девет центиметара; парни цилиндар је био пречника два инча и имао је ход клипа са шест инча. Ватт је направио нови котао који може да измери количину испарене воде и пару се кондензује при сваком потезу мотора.

Ватт је убрзо открио да је мотору неопходна веома мала количина паре за загревање веома велике количине воде. Одмах је почео са прецизношћу да одређује релативне тежине паре и воде у парном цилиндру када се догодила кондензација при доњем ходу мотора. Јамес Ватт је независно доказао постојање „латентна топлота, "који је открио његов ментор и присталица Џозеф Блек. Ватт је отишао у Блацк са својим истраживањима, који је своје знање поделио са Ватт-ом. Ватт је то утврдио тачка кључања, његова кондензациона пара била је у стању да загреје шест пута већу тежину воде која се користи за производњу кондензација.

Схватајући да је тежина паре за тежину знатно већа апсорпција и резервоар топлоте од воде, Ватт је видео важност веће пажње како би се економизирао него што је то раније био случај покушај. У почетку је штедео на котлу и правио бојлере са дрвеним „шкољкама“ да би спречио губитке проводљивост и зрачење. Такође је користио већи број димовода него што је Невцомен морао да обезбеди потпунију апсорпцију топлоте из пећи. Такође је прекрио своје парне цеви непреводним материјалима и предузео је све мере предострожности како би обезбедио потпуно искоришћавање топлоте сагоревање.

Убрзо је открио да су извори губитка топлоте у Невцоменовом мотору били:

• Расипање топлоте од самог цилиндра, који је био од месинга и био је добар проводник и добар радијатор.
• Губитак топлине који произлази из потребе за хлађењем цилиндра при сваком потезу при производњи грејне пумпе вакуум.
• Губитак снаге услед притиска паре испод клипа, што је била последица несавршене методе кондензације.

Његов први покушај у цилиндру бежног материјала био је од дрвета натопљеног уљем и затим печен, што је повећало економичност паре. Потом је извео низ врло тачних експеримената на температури и притиску паре, мерећи количину паре коришћене при сваком потезу мотора. Могао је да потврди свој претходни закључак да је три четвртине топлине која се доводи у мотор изгубила.

Након својих научних истраживања, Јамес Ватт је радио на побољшању парног строја са интелигентним разумевањем његових постојећих недостатака и знањем о њиховом узроку. Ватт је убрзо видео да би смањио губитке у раду паре у парном цилиндру, требало би пронаћи начин да се цилиндар стално одржава врућим попут паре која је ушла то.

Према Јамесу Ватту: "У ум ми је пала идеја да би пара била еластично тело и она ће усисати у вакуум, а ако успостављена је комуникација између цилиндра и исцрпљене посуде, она би се забила у њега и могла би се тамо кондензовати без хлађења цилиндар. Тада сам видео да се морам ријешити кондензоване паре и воде за убризгавање ако користим млаз, као у Невцоменовом мотору. Два начина за то су ми пала на памет: Прво, вода би могла да се спусти кроз силазну цев, уколико се на дубини од 35 или 36 стопа може извући млазница, а било који ваздух извући малим пумпама. Други начин је био да пумпа буде довољно велика да извлачи и воду и ваздух. "

Он је наставио: „Када се анализира, изум се неће чинити тако сјајним као што се чинило. У стању у којем сам нашао парни строј, није било великог труда ума да се примети да ће количина горива која је неопходна за његово функционисање заувек спречити његову велику корисност. Следећи корак у мом напретку био је подједнако лак - да се распитам шта је узрок велике потрошње горива. Ово је такође лако сугерисано, тј. Отпад горива који је био потребан да би се довео цео цилиндар, клип, и суседни делови од хладноће воде до топлоте паре, не мање од 15 до 20 пута у минути. "

Јамес Ватт је изумио свој најважнији одвојени кондензатор. Наставио је да направи експериментални тест свог новог проналаска. Његов мали модел је функционисао врло добро, а савршенство вакуума било је такво да је машина подигла тежину од 18 килограма, висену са шипке клипа. Затим је конструисао већи модел, а резултат његовог теста потврдио је резултате његових првих експеримената.

Требало је година да Ватт схвати детаље новог парног строја. За почетак, Ватт је морао пронаћи начин да спречи пуњење кондензатора водом. Испробао је неколико приступа, укључујући ваздушну пумпу, која је кондензатору олакшала воду и ваздух који се сакупљао у кондензатору и смањио вакуум. Следеће је супституирао уље и лој воде која се користи за подмазивање клипа, одржавајући паре чврсто и спречавајући хлађење цилиндра. Други узрок хлађења цилиндра и посљедично губитак снаге у његовом раду био је улаз ваздуха, који је пратио клип низ цилиндар при сваком потезу, хладећи унутрашњост његовог контакт. Изумитељ је то спречио тако да покрије врх цилиндра и опколи цео цилиндар спољним кућишта или "парне јакне", који је омогућио да пара из котла прође кроз парни цилиндар и притисне се на горњу површину клип.

Након што је изградио већи експериментални мотор, Ватт је изнајмио собу у старој напуштеној викендици. Тамо је радио са механиком Фолм Гардинер. Ватт је тек упознао Јохна Роебуцка, богатог љекара, који је заједно са осталим шкотским капиталистима недавно основао славни Царрон Ирон Воркс. Роебуцк је почео финансијски да подржава Ватт-ове напоре и Ватт је често писао Роебуцк-у описујући његов напредак.

У августу 1765. године испробао је мали мотор и написао Роебуцк-у да има "добар успех", иако је машина веома несавршен, и обавестио Роебуцка да почиње да прави већи модел. Октобра 1765. године довршио је велики парни строј. Мотор је био спреман за пробу, још увек није био савршен. Ипак је добро радио за тако сирову машину.

Нажалост, до 1765. године Јамес Ватт је сведен на сиромаштво и, након што је од пријатеља позајмио значајне суме, коначно је морао потражити посао да би се могао осигурати за своју породицу. Током периода од око две године, подржавао се као грађевински инжењер, геодетске измјере и управљање зградом неколико канала у Шкотској и истраживање поља угља у суседству Гласгова за магистрате град. Међутим, није се у потпуности одрекао свог проналаска.

Године 1767. Роебуцк је преузео Ватт-ове обавезе у износу од 1.000 британских фунти и пристао је да обезбеди више капитала у замену за две трећине Ватт-овог патента. Други мотор је израђен са парним цилиндром пречника седам или осам инча, који је завршен 1768. године. Ово је функционисало довољно добро да би натерало партнере да затраже патент, а спецификације и цртежи су довршени и представљени 1769. године.

Ватт је такође изградио и поставио неколико Невцомен мотора, делимично, можда како би се још детаљније упознао са практичним детаљима изградње мотора. У међувремену, припремио је планове и изградио умерено велики мотор свог новог типа. Његов парни цилиндар био је пречника 18 инча, а ход клипа 5 стопа. Овај мотор је направљен у Киннеилу и завршен је у септембру 1769. године. Није све било задовољавајуће ни у конструкцији ни у раду. Кондензатор је површински кондензатор састављен од цеви сличних онима кориштеним у његовом првом малом моделу и није се показао задовољавајуће чврстим. Парни клип се озбиљно процурио, а поновљена испитивања само су учинила да његове несавршености постану евидентније. Помогли су му финансијска и морална подршка и Јосепх Блацк и Јохн Роебуцк, али он се осећао снажно у вези с ризицима које је претрпео од укључивања својих пријатеља у озбиљне губитке и постао веома презира.

Пишући Блацк-у, Ватт је рекао: "Од свих ствари у животу нема ништа глупље од измишљања; и вероватно је већина проналазача сопственим искуством доведена до истог мишљења. "

1768. године Јамес Ватт отпутовао је у Лондон како би предао свој патент и на путу упознао Маттхева Боултона. Боултон је био власник производне компаније у Бирмингхаму познате под називом Сохо Мануфацтори, која је израђивала ситне металне производе. Наследио је посао свог оца и знатно га изградио. Он и његов посао били су врло познати у енглеском просветитељском покрету средином 18. века.

Боултон је био добар учењак, са знатним знањем језика и науке - посебно математике - упркос томе што је као дечак напустио школу како би отишао да ради у радњи свог оца. У радњи је убрзо представио низ вредних унапређења и стално је био у потрази за другим идејама које би могле да се уведу у његов посао.

Такође је био члан чувеног Лунарно друштво из Бирмингхама, група мушкараца која се састала да би заједно разговарали о природној филозофији, инжењерству и индустријском развоју: остали чланови су открили кисеоник Јосепх Приестлеи,Ерасмус Дарвин (деда Цхарлеса Дарвина) и експериментални лончар Јосиах Ведгевоод. Ватт се придружио групи након што је постао Боултонов партнер.

Боултон је блиски и енергични научник Бенџамин Френклин 1758. који је тада посетио Сохо. До 1766. године ови угледни мушкарци одговарали су, расправљајући између осталог о примени снаге паре у разне корисне сврхе. Дизајнирали су нови парни строј и Боултон је изградио модел, који је послан Франклину и изложен у Лондону. Они још нису били свесни постојања Јамеса Ватта.

Када је Боултон 1768. године упознао Ватта, свидио му се његов мотор и одлучио да купи интерес за патент. Уз Роебуцков пристанак, Ватт је Боултону понудио једну трећину камате. Иако је било неколико компликација, на крају је Роебуцк предложио да пребаци Маттхев Боултон-у половину свог власништва у Ватт-овим изумима у износу од 1.000 фунти. Овај предлог је прихваћен у новембру 1769. године.

У новембру 1774. године Ватт је коначно објавио свом старом партнеру Роебуцку да је направио успешно суђење Килмеиловом мотору. Није писао са својим уобичајеним ентузијазмом и екстраваганцијом; уместо тога, једноставно је написао: "Ватрогасна машина коју сам измислио сада иде и одговара много боље него било која друга која је до сада направљена, и очекујем да ће изум биће ми корисно. "

Један од разлога његовог недостатка ентузијазма је тај што му је жена умрла током порођаја претходне године, у септембру 1773. Хеартсицк, Ватт се сахранио у послу. Од средине фебруара 1774. године радио је на термометрима и барометарима. Завршио је посао у градитељству у Шкотској (делом и због финансијске кризе у Шкотској), а у мају је отпутовао на југ у Бирмингхам, где се придружио Лунарном друштву. 1775. године ступио је у пуноправно партнерство са Маттхевом Боултоном.

Од тог тренутка, компанија Боултон и Ватт била је у стању да произведе низ радних мотора са стварним применама. Изведене су нове иновације и патенти за машине које се могу користити за брушење, ткање и глодање. Парни мотори стављени су у употребу за транспорт на земљи и води. Скоро сваки успешан и важан изум који је обележио тај историја снаге паре дуги низ година потичу из радионица Боултон и Ватт.

Ватт-ов рад са Боултоном претворио га је у лик међународног стаса међу људима писама. Његов 25-годишњи патент донио му је богатство; и он и Боултон постали су лидери у технолошком просветљењу у Енглеској, са солидном репутацијом у иновативном инжењерингу. Ватт се оженио Анном Мацгрегор 1776. и имали су двоје деце (Грегори и Јесси), обојица би умрли млади. Јамес Ватт Јр., његов син из прве жене, преживео је свог оца и добио улогу у континуитету енглеског просветитељства.

Као резултат свог партнерства са Маттхевом Боултоном, Јамес Ватт је постао врло богат човек, градећи елегантни љетниковац познат као "Хеатхфиелд Хоусе" у Хандсвортху, Стаффордсхире. Пензионисао се 1800. и остатак живота провео у слободно време и путовања како би посетио пријатеље и породицу. Умро је 25. августа 1819. године у Хеатхфиелд-у. Сахрањен је на гробљу цркве свете Марије у Хандсворту.

На веома смислен начин Ватт-ови изуми потичу индустријску револуцију и иновације модерног доба, у распону од аутомобила и возова до фабрика и социјалних питања која су се развијала као резултат. Поред тога, Ватт-ово име је везано за улице, музеје и школе. Његова прича инспирисала је књиге, филмове и уметничка дела, укључујући статуе у Пиццадилли Гарденс и катедралу Светог Павла.

На статуи код Светог Павла су угравиране речи: "Јамес Ватт... повећао је ресурсе своје земље, повећао снагу човека и попео се на истакнуто место међу најистакнутијим сљедбеницима науке и стварним доброчинитељима свет. "

• Јонес, Петер М. "Живјети просветитељство и француску револуцију: Јамес Ватт, Маттхев Боултон и њихови синови." Историјски часопис 42.1 (1999): 157–82. Принт.
• Хиллс, Рицхард Л. „Снага из Стеам-а: Историја стационарног парног мотора.“ Цамбридге: Цамбридге Университи Пресс, 1993.
• Милер, Давид Пхилип. "„Пуффинг Јамие“: Комерцијални и идеолошки значај „филозофа“ у случају угледа Јамеса Ватта (1736–1819)." Историја науке 38.1 (2000): 1–24. Принт.
• "Живот и легенда о Јамесу Ватту: Сурадња, природна филозофија и унапређење парног мотора." Питтсбургх: Университи оф Питтсбургх Пресс, 2019.
• Пугх, Јеннифер С. и Јохн Худсон. "Тхе Цхемицал Ворк оф Јамес Ватт, Ф.Р.С." Белешке и записи Лондонског краљевског друштва 40.1 (1985): 41–52. Принт.
• Русселл, Бен. "Јамес Ватт: Направити свет изнова." Лондон: Музеј науке, 2014.
• Вригхт, Мицхаел. "Јамес Ватт: Произвођач музичких инструмената." Часопис Галпин Социети 55 (2002): 104–29. Принт.