James Watt (Dansk)

Da han var 18, døde hans mor, og hans fars helbred begyndte at svigte. Watt rejste til London og var i stand til at få en periode med uddannelse som instrumentproducent i et år (1755/56) vendte derefter tilbage til Skotland og bosatte sig i den store kommercielle by Glasgow, der havde til hensigt at etablere sin egen instrumentfremstillingsvirksomhed. Han var stadig meget ung og havde ikke en fuld læreplads, men havde ikke de sædvanlige forbindelser via en tidligere mester for at etablere sig som en sagsøger instrumentproducent.

Watt blev reddet fra denne blindgyde ved ankomsten fra Jamaica af astronomiske instrumenter, der blev testamenteret af Alexander Macfarlane til University of Glasgow, instrumenter, der krævede ekspert opmærksomhed. Watt gendannede dem til fungerende orden og blev aflønnet. Disse instrumenter blev til sidst installeret i Macfarlane Observatory. Efterfølgende tilbød tre professorer ham muligheden for at oprette et lille værksted inden for universitetet. Det blev indledt i 1757, og to af professorerne, fysikeren og kemikeren Joseph Black såvel som den berømte Adam Smith, blev Watts venner.

Først arbejdede han med at vedligeholde og reparere videnskabelige instrumenter, der blev brugt i universitetet, der hjalp med demonstrationer og udvidede produktionen af kvadranter. Han lavede og reparerede messing, der reflekterede kvadranter, parallelle linealer, skalaer, dele til teleskoper og barometre, blandt andet.

Det er undertiden fejlagtigt angivet at han kæmpede for at etablere sig i Glasgow på grund af modstand fra Trades House, men denne myte er blevet grundigt afskåret af historikeren Lumsden. Optegnelserne fra denne periode går tabt, men det vides, at han var i stand til at arbejde og handle helt normalt som en dygtig metalarbejder, så må Incorporation of Hammermen have været tilfreds med, at han opfyldte deres krav til medlemskab. Det er også kendt, at andre mennesker i metalbranchen blev forfulgt for at arbejde uden at være medlemmer af e Inkorporering langt ind i det 19. århundrede, så reglerne blev bestemt håndhævet, da Watt handlede frit i hele byen.

I 1759 dannede han et partnerskab med John Craig, en arkitekt og forretningsmand, om at fremstille og sælge. en række produkter inklusive musikinstrumenter og legetøj. Dette partnerskab varede i de næste seks år og beskæftigede op til seksten arbejdere. Craig døde i 1765. En medarbejder, Alex Gardner, overtog til sidst virksomheden, der varede i det tyvende århundrede.

I 1764 blev Watt gift med sin fætter Margaret (Peggy) Miller, som han havde fem børn med. , hvoraf to levede til voksenalderen: James Jr. (1769–1848) og Margaret (1767–1796). Hans kone døde under fødslen i 1772. I 1777 blev han gift igen med Ann MacGregor, datter af en farvestofproducent i Glasgow, med hvem han havde to børn: Gregory (1777–1804), som blev geolog og mineralog og Janet (1779–1794). Ann døde i 1832. Mellem 1777 og 1790 boede han i Regent Place, Birmingham.

Watt og kedlen

Der er en populær historie om, at Watt blev inspireret til at opfinde dampmaskinen af ser en kedel koge, dampen tvinger låget til at hæve sig og viser således watt dampens kraft. Denne historie fortælles i mange former; i nogle er Watt en ung dreng, i andre er han ældre, nogle gange er det hans mors kedel, nogle gange hans tante. Watt opfandt faktisk ikke dampmaskinen, som historien antyder, men forbedrede effektiviteten af den eksisterende Newcomen-motor ved at tilføje en separat kondensator. Dette er vanskeligt at forklare for nogen, der ikke er bekendt med begreberne varme og termisk effektivitet. Det ser ud til, at historien blev skabt, muligvis af Watt søn James Watt Jr., og vedvarer, fordi den er let for børn at forstå og huske. I dette lys kan det ses som beslægtet med historien om Isaac Newton og det faldende æble og hans opdagelse af tyngdekraften.

Selvom det ofte afvises som en myte, har historien om Watt og kedlen en faktisk. I forsøget på at forstå varme og damps termodynamik udførte James Watt mange laboratorieeksperimenter, og hans dagbøger registrerer, at han ved udførelsen af disse brugte en kedel som en kedel til at generere damp.

Tidlige eksperimenter med damp

I 1759 gjorde Watts ven, John Robison, opmærksom på brugen af damp som kilde til drivkraft.Designet af Newcomen-motoren, der blev brugt i næsten 50 år til pumpning af vand fra miner, havde næppe ændret sig fra den første implementering. Watt begyndte at eksperimentere med damp, selvom han aldrig havde set en fungerende dampmaskine. Han forsøgte at konstruere en model; det fungerede ikke tilfredsstillende, men han fortsatte sine eksperimenter og begyndte at læse alt, hvad han kunne om emnet. Han forstod vigtigheden af latent varme – den termiske energi, der frigives eller absorberes under en konstant temperaturproces – i forståelsen af motoren, som, ukendt for Watt, hans ven Joseph Black tidligere havde opdaget nogle år før. Forståelsen af dampmaskinen var i en meget primitiv tilstand, for videnskaben om termodynamik ville ikke være formaliseret i næsten 100 år til.

I 1763 blev Watt bedt om at reparere en model Newcomen-motor, der tilhører universitetet. . Selv efter reparation fungerede motoren næppe. Efter mange eksperimenter demonstrerede Watt, at omkring tre fjerdedele af dampens termiske energi blev brugt til opvarmning af motorcylinderen i hver cyklus. Denne energi blev spildt, fordi der senere i cyklussen blev injiceret koldt vand i cylinderen for at kondensere dampen for at reducere dens tryk. Ved gentagne gange at opvarme og køle cylinderen spildte motoren det meste af sin termiske energi i stedet for at omdanne den til mekanisk energi.

Watts kritiske indsigt, der ankom i maj 1765, var at få dampen til at kondenseres i et separat kammer bortset fra stemplet og for at opretholde cylindertemperaturen ved den samme temperatur som den indsprøjtede damp ved at omgive den med en “dampkappe.” Så meget lidt energi blev absorberet af cylinderen i hver cyklus, hvilket gjorde mere tilgængelig til at udføre nyttigt arbejde. Watt havde en arbejdsmodel senere samme år.

På trods af et potentielt brugbart design var der stadig store vanskeligheder med at konstruere en motor i fuld skala. Dette krævede mere apital, hvoraf nogle kom fra sort. Mere omfattende opbakning kom fra John Roebuck, grundlæggeren af det berømte Carron Iron Works nær Falkirk, med hvem han nu dannede et partnerskab. Roebuck boede på Kinneil House i Boeness, i løbet af hvilken tid Watt arbejdede med at perfektionere sin dampmaskine i et sommerhus ved siden af huset. Husets skal og en meget stor del af et af hans projekter findes stadig bagud .

Den største vanskelighed var at bearbejde stemplet og cylinderen. Dags jernarbejdere var mere som smede end moderne maskinister og kunne ikke producere komponenterne med tilstrækkelig præcision. Meget kapital blev brugt på at forfølge en patent på Watts opfindelse. På grund af ressourcer blev Watt tvunget til at begynde at arbejde – først som landmåler og derefter som civilingeniør – i otte år.

Roebuck gik konkurs, og Matthew Boulton, der ejede Soho Manufactory-værkerne nær Birmingham. , erhvervede sine patentrettigheder. En udvidelse af patentet til 1800 blev med succes opnået i 1775.

Gennem Boulton havde Watt endelig adgang til nogle af de bedste jernarbejdere i verden. Vanskeligheden ved fremstilling af en stor cylinder med et tæt passende stempel blev løst af John Wilkinson, der havde udviklet præcisionsboringsteknikker til kanonfremstilling i Bersham, nær Wrexham, Nord Wales. Watt og Boulton dannede et enormt succesfuldt partnerskab, Boulton og Watt, som varede i de næste 25 år.

Første motorer

I 1776 blev de første motorer installeret og arbejdet i kommercielle virksomheder. Disse første motorer blev brugt til at drive pumper og producerede kun frem- og tilbagegående bevægelse for at flytte pumpestængerne i bunden af akslen. Designet var kommercielt vellykket, og i de næste fem år var Watt meget travlt med at installere flere motorer, hovedsagelig i Cornwall for at pumpe vand ud af miner.

Disse tidlige motorer blev ikke produceret af Boulton og Watt, men var lavet af andre ifølge tegninger lavet af Watt, der fungerede som rådgivende ingeniør. Opførelsen af motoren og dens shakedown blev først overvåget af Watt og derefter af mænd i firmaets beskæftigelse. Disse var store maskiner. Den første havde for eksempel en cylinder med en diameter på ca. 50 inches og en samlede højde på ca. 24 fod og krævede opførelse af en dedikeret bygning til at huse den. Boulton og Watt opkrævede en årlig betaling svarende til en tredjedel af værdien af det sparede kul sammenlignet med en Newcomen-motor, der udførte det samme arbejde.

Anvendelsesområdet for opfindelsen blev kraftigt udvidet, da Boulton opfordrede Watt til at konvertere stempelets frem- og tilbagegående bevægelse til at producere rotationskraft til slibning, vævning og fræsning. Selvom en krumtap syntes at være den åbenlyse løsning på konverteringen, blev Watt og Boulton hæmmet af et patent for dette, hvis indehaver, James Pickard, og medarbejdere foreslog at krydse licens til den eksterne kondensator. Watt modsatte sig voldsomt dette, og de omgåede patentet med deres sol- og planetudstyr i 1781.

I løbet af de næste seks år foretog han en række andre forbedringer og modifikationer af dampmaskinen. En dobbeltvirkende motor, hvor dampen skiftede skiftevis på stemplets to sider var en. Han beskrev metoder til bearbejdning af dampen “ekspansivt” (dvs. anvendelse af damp ved tryk langt over atmosfærisk). En sammensat motor, der forbandt to eller flere motorer, blev beskrevet. Yderligere to patenter blev givet for disse i 1781 og 1782. Talrige andre forbedringer, der gjorde det lettere at fremstille og installere blev løbende implementeret. En af disse omfattede brugen af dampindikatoren, der producerede et informativt plot af trykket i cylinderen mod dets volumen, som han opbevarede som en forretningshemmelighed. En anden vigtig opfindelse, en som Watt var mest stolt af, var den parallelle bevægelse, som var afgørende i dobbeltvirkende motorer, da den producerede den lige bevægelse, der kræves til cylinderstangen og pumpen, fra den tilsluttede gyngestang, hvis ende bevæger sig i en cirkelbue. Dette blev patenteret i 1784. En gashåndtagsventil til styring af motorens effekt og en centrifugalguvernør, der blev patenteret i 1788, for at forhindre den i at “løbe væk” var meget vigtig. Disse forbedringer tilsammen producerede en motor, der var op til fem gange så effektiv i brugen af brændstof som Newcomen-motoren.

På grund af faren for eksploderende kedler, som befandt sig i et meget primitivt udviklingsstadium, og de igangværende problemer med lækager begrænsede Watt sin brug af højtryksdamp – alle hans motorer brugte damp ved næsten atmosfærisk tryk.

Patentforsøg

Edward Bull begyndte at konstruere motorer til Boulton og Watt i Cornwall i 1781. I 1792 var han begyndt at fremstille motorer af sit eget design, men som indeholdt en separat kondensator og overtrådte således Watts patenter. To brødre, Jabez Carter Hornblower og Jonathan Hornblower Jnr, begyndte også at bygge motorer omkring samme tid. Andre begyndte at ændre Newcomen-motorer ved at tilføje en kondensator, og mineejerne i Cornwall blev overbeviste om, at Watts patent ikke kunne håndhæves. De begyndte at tilbageholde betalinger på grund af Boulton og Watt, som inden 1795 var faldet. Af de samlede £ 21.000 (svarende til £ 2.190.000 pr. 2019) skyldt, var der kun modtaget £ 2.500. Watt blev tvunget til at gå til retten for at håndhæve sine krav.

Han sagsøgte først Bull i 1793. Juryen fandt for Watt , men spørgsmålet om, hvorvidt den originale specifikation af patentet var gyldig, blev overladt til en anden retssag. I mellemtiden blev der udstedt påbud mod overtrædere, hvilket tvang deres betaling af royalties til at blive deponeret. gyldigheden af specifikationerne, der blev afholdt i det følgende år, var ikke afgørende, men påbudene forblev i kraft, og overtrædere, bortset fra Jonathan Hornblower, begyndte alle at bilægge deres sager. Hornblower blev snart bragt for retten og dommen fra de fire dommere (i 1799) var afgørende til fordel for Watt. Deres ven John Wilkinson, som havde løst problemet med at kede en nøjagtig cylinder, var en særlig alvorlig sag. Han havde opstillet omkring tyve motorer uden Boultons og Watts-viden. De blev endelig enige om at bilægge overtrædelsen i 1796. Boulton og Watt indsamlede aldrig alt, hvad der skyldtes dem, men tvisterne blev alle afgjort direkte mellem parterne eller ved voldgift. Disse forsøg var ekstremt dyre i både penge og tid, men i sidste ende var de vellykkede for firmaet.

Kopimaskine

Før 1780 var der ikke noget godt metode til kopiering af breve eller tegninger. Den eneste metode, der undertiden blev brugt, var en mekanisk ved hjælp af sammenkædede flere penne. Watt eksperimenterede først med at forbedre denne metode, men opgav snart denne tilgang, fordi den var så besværlig. Han besluttede i stedet for at forsøge at fysisk overføre noget blæk fra originalens forside til bagsiden af et andet ark, fugtet med et opløsningsmiddel og presset til originalen. Det andet ark skulle være tyndt, så blækket kunne ses igennem det, når kopien blev holdt op mod lyset og således gengivet originalen nøjagtigt.

Watt begyndte at udvikle processen i 1779 og lavede mange eksperimenter for at formulere blækket, vælge det tynde papir, til at udtænke en metode til befugtning af det specielle tynde papir og til at gøre en presse egnet til påføring af korrekt tryk for at gennemføre overførslen. Alle disse krævede meget eksperimenter, men han havde snart succes nok til at patentere processen et år senere. Watt dannede endnu et partnerskab med Boulton (som leverede finansiering) og James Keir (for at styre virksomheden) i et firma kaldet James Watt og Co. Perfektion af opfindelsen krævede meget mere udviklingsarbejde, før det rutinemæssigt kunne bruges af andre, men dette blev udført i løbet af de næste par år. Boulton og Watt opgav deres aktier til deres sønner i 1794. Det blev en kommerciel succes og blev meget brugt på kontorer selv i det tyvende århundrede.

Kemiske eksperimenter

Fra en tidlig alder Watt var meget interesseret i kemi. I slutningen af 1786, mens han var i Paris, blev han vidne til et eksperiment fra Berthollet, hvor han reagerede saltsyre med mangandioxid for at producere klor. Han havde allerede fundet ud af, at en vandig opløsning af klor kunne bleges tekstiler, og han havde offentliggjort sine fund, som vakte stor interesse blandt mange potentielle rivaler. Da Watt vendte tilbage til Storbritannien, begyndte han eksperimenter i denne retning med håb om at finde en kommercielt bæredygtig proces. Han opdagede, at en blanding af salt, mangandioxid og svovlsyre kunne producere klor, hvilket Watt mente kunne være en billigere metode. Han ledte kloren i en svag opløsning af alkali og opnåede en uklar opløsning, der syntes at have gode blegningsegenskaber. Han meddelte snart disse resultater til James McGrigor, hans svigerfar, der var blegning i Glasgow. Ellers forsøgte han at holde sin metode hemmelig.

Med McGrigor og hans kone Annie begyndte han at opskalere processen, og i marts 1788 var McGrigor i stand til at blegne 1500 yards tøj til sin tilfredshed. Omkring dette tidspunkt opdagede Berthollet salt- og svovlsyreprocessen og offentliggjorde den, så den blev offentligt kendt. Mange andre begyndte at eksperimentere med at forbedre processen, som stadig havde mange mangler, ikke mindst problemet med transport af det flydende produkt. Watts rivaler overhalede ham snart ved udviklingen af processen, og han faldt ud af løbet. Det var først i 1799, da Charles Tennant patenterede en proces til fremstilling af fast blegepulver (calciumhypochlorit), at det blev en kommerciel succes.

I 1794 var Watt blevet valgt af Thomas Beddoes til at fremstille apparater til produktion, rensning og opbevaring af gasser til brug i den nye pneumatiske institution på Hotwells i Bristol. Watt fortsatte med at eksperimentere med forskellige gasser i flere år, men inden 1797 de medicinske anvendelser til de “faktiske lufter” var kommet i en blindgyde.

Personlighed

Watt kombinerede teoretisk viden om videnskab med evnen til at anvende den praktisk. Humphry Davy sagde af ham “De, der kun betragter James Watt som en stor praktisk mekaniker, udgør en meget fejlagtig idé om hans karakter ; han blev lige så udmærket som en naturfilosof og kemiker, og hans opfindelser demonstrerer hans dybe kendskab til disse videnskaber, og det ejendommelige kendetegn ved geni, foreningen af dem til praktisk anvendelse “.

Han blev meget respekteret af andre fremtrædende mænd i den industrielle revolution. Han var et vigtigt medlem af Lunar Society og var en meget efterspurgt samtalepartner og ledsager, altid interesseret i at udvide sine horisonter. Hans personlige forhold til sine venner og partnere var altid behagelige og lange -lasting.

Watt var en produktiv korrespondent. I sine år i Cornwall skrev han lange breve til Boulton flere gange om ugen. Han var modvillig til at offentliggøre sine resultater i for eksempel filosofiske transaktioner i Royal Society og foretrak i stedet at kommunikere sine ideer i patenter. Han var en fremragende ordfører.

Han var en ret dårlig forretningsmand og hadede især forhandlinger og forhandlingsvilkår. med dem, der søgte at bruge dampmaskinen. I et brev til William Small i 1772 indrømmede Watt, at “han hellere ville stå over for en ladet kanon end at afvikle en konto eller gøre et godt køb.” Indtil han gik på pension, var han altid meget bekymret over sine økonomiske anliggender og var noget af en bekymring. Hans helbred var ofte dårligt, og han led hyppig nervøs hovedpine og depression.

Soho Foundry

Først lavede partnerskabet tegningen og specifikationerne for motorerne og overvågede arbejdet med at opføre det på kundernes ejendom. De producerede næsten ingen af delene selv. Watt udførte det meste af sit arbejde hjemme i Harpers Hill i Birmingham, mens Boulton arbejdede hos Soho Manufactory. Gradvist begyndte partnerne at fremstille flere og flere dele, og inden 1795 købte de en ejendom omkring en kilometer væk fra Soho-fabrikken ved bredden af Birmingham-kanalen for at etablere et nyt støberi til fremstilling af motorerne. Soho-støberiet åbnede formelt i 1796 på et tidspunkt, hvor Watts sønner, Gregory og James Jr. var stærkt involveret i ledelsen af virksomheden. I 1800, året for Watts pensionering, lavede firmaet i alt 41 motorer.

Senere år

Watt trak sig tilbage i 1800, samme år som hans grundlæggende patent og partnerskab med Boulton Det berømte partnerskab blev overført til mænds sønner, Matthew Robinson Boulton og James Watt Jr. .. Den mangeårige firmaingeniør William Murdoch blev snart en partner, og virksomheden blomstrede.

Watt fortsatte med at opfinde andre ting før og under hans semi-pension. Inden for sit hjem i Handsworth, Staffordshire, brugte Watt et garretværelse som værksted, og det var her, han arbejdede på mange af sine opfindelser. Blandt andet opfandt han og konstruerede flere maskiner til kopiering af skulpturer og medaljoner, der fungerede meget godt, men som han aldrig patenterede. En af de første skulpturer, han producerede med maskinen, var et lille hoved af hans gamle professor ven Adam Smith. Han fastholdt sin interesse for anlægsarbejder og var konsulent i flere vigtige projekter. Han foreslog for eksempel en metode til at konstruere et fleksibelt rør, der skal bruges til at pumpe vand under Clyde i Glasgow.

Han og hans anden kone rejste til Frankrig og Tyskland, og han købte en ejendom midt i -Wales i Doldowlod House, en kilometer syd for Llanwrthwl, hvilket han forbedrede meget.

I 1816 tog han en tur på padle-damper Comet, et produkt af hans opfindelser, for at besøge sin hjemby Greenock .

Han døde den 25. august 1819 i sit hjem “Heathfield Hall” nær Handsworth i Staffordshire (nu en del af Birmingham) i en alder af 83 år. Han blev begravet den 2. september på kirkegården St. Mary ” s Church, Handsworth Kirken er siden blevet udvidet, og hans grav er nu inde i kirken.