James Watt (Italiano)

Quando aveva 18 anni sua madre morì e la salute di suo padre iniziò a peggiorare. Watt viaggiò a Londra e poté ottenere un periodo di formazione come liutaio per un anno (1755/56) , poi tornato in Scozia, stabilendosi nella principale città commerciale di Glasgow intento ad avviare una propria attività di liuteria. Era ancora molto giovane e non avendo avuto un pieno apprendistato non aveva i soliti collegamenti tramite un ex maestro per stabilirsi come costruttore di strumenti artigiano.

Watt fu salvato da questa impasse con larrivo dalla Giamaica di strumenti astronomici lasciati in eredità da Alexander Macfarlane allUniversità di Glasgow, strumenti che richiedevano lattenzione di esperti. Watt li ripristinò a ordine di lavoro ed è stato remunerato. Questi strumenti sono stati infine installati nellOsservatorio Macfarlane. Successivamente, tre professori gli hanno offerto lopportunità di avviare un piccolo laboratorio allinterno delluniversità. Fu iniziato nel 1757 e due dei professori, il fisico e chimico Joseph Black e il famoso Adam Smith, divennero amici di Watt.

Allinizio si occupò della manutenzione e della riparazione degli strumenti scientifici usati in luniversità, aiutando con le dimostrazioni e ampliando la produzione di quadranti. Ha realizzato e riparato quadranti riflettenti in ottone, righelli paralleli, scale, parti per telescopi e barometri, tra le altre cose.

A volte è affermato in modo errato che ha lottato per stabilirsi a Glasgow a causa dellopposizione della Trades House, ma questo mito è stato completamente smentito dallo storico, Lumsden. I documenti di questo periodo sono andati persi ma è noto che era in grado di lavorare e commerciare in modo completamente normale come un operaio specializzato in metalli, quindi lincorporazione di Hammermen deve essere stata soddisfatta di soddisfare i requisiti per ladesione. È anche noto che altre persone nel commercio dei metalli venivano perseguite per lavorare senza essere membri di th e Incorporazione fino al XIX secolo, quindi le regole venivano definitivamente applicate quando Watt commerciava liberamente in tutta la città.

Nel 1759 ha formato una partnership con John Craig, architetto e uomo daffari, per produrre e vendere una linea di prodotti che include strumenti musicali e giocattoli. Questa partnership durò per i successivi sei anni e impiegò fino a sedici lavoratori. Craig morì nel 1765. Un dipendente, Alex Gardner, alla fine rilevò lattività, che durò fino al XX secolo.

Nel 1764, Watt sposò sua cugina Margaret (Peggy) Miller, dalla quale ebbe cinque figli , due dei quali vissero fino alletà adulta: James Jr. (1769–1848) e Margaret (1767–1796). Sua moglie morì di parto nel 1772. Nel 1777 fu di nuovo sposato con Ann MacGregor, figlia di un tintore di Glasgow, dalla quale ebbe due figli: Gregory (1777-1804), che divenne geologo e mineralogista, e Janet (1779–1794). Ann morì nel 1832. Tra il 1777 e il 1790 visse a Regent Place, Birmingham.

Watt e il bollitore

Cè una storia popolare secondo cui Watt si ispirò per inventare il motore a vapore vedendo un bollitore bollire, il vapore costringe il coperchio a sollevarsi e mostra così a Watt la potenza del vapore. Questa storia è raccontata in molte forme; in alcuni Watt è un ragazzino, in altri è più vecchio, a volte è il bollitore di sua madre, a volte quello di sua zia. Watt non ha effettivamente inventato la macchina a vapore, come suggerisce la storia, ma ha notevolmente migliorato lefficienza del il motore Newcomen esistente aggiungendo un condensatore separato. Questo è difficile da spiegare a chi non ha familiarità con i concetti di calore ed efficienza termica. Sembra che la storia sia stata creata, forse dal figlio di Watt, James Watt Jr., e persiste perché è facile da capire e ricordare per i bambini. In questa luce può essere visto come simile alla storia di Isaac Newton e della mela che cade e alla sua scoperta della gravità.

Sebbene sia spesso liquidata come un mito, la storia di Watt e del bollitore ha un base in effetti. Nel tentativo di comprendere la termodinamica del calore e del vapore, James Watt ha condotto molti esperimenti di laboratorio e i suoi diari riportano che nel condurli ha usato un bollitore come caldaia per generare vapore.

I primi esperimenti con il vapore

Nel 1759 lamico di Watt, John Robison, richiamò la sua attenzione sulluso del vapore come fonte di forza motrice.Il design del motore Newcomen, in uso da quasi 50 anni per il pompaggio di acqua dalle miniere, non era praticamente cambiato dalla sua prima implementazione. Watt iniziò a sperimentare con il vapore, anche se non aveva mai visto un motore a vapore in funzione. Ha provato a costruire un modello; non funzionò in modo soddisfacente, ma continuò i suoi esperimenti e iniziò a leggere tutto ciò che poteva sullargomento. Si rese conto dellimportanza del calore latente – lenergia termica rilasciata o assorbita durante un processo a temperatura costante – per comprendere il motore, che, sconosciuto a Watt, il suo amico Joseph Black aveva scoperto in precedenza alcuni anni prima. La comprensione del motore a vapore era in uno stato molto primitivo, poiché la scienza della termodinamica non sarebbe stata formalizzata per quasi altri 100 anni.

Nel 1763, Watt fu chiesto di riparare un modello di motore Newcomen appartenente alluniversità . Anche dopo la riparazione, il motore funzionava a malapena. Dopo molte sperimentazioni, Watt dimostrò che circa tre quarti dellenergia termica del vapore veniva consumata per riscaldare il cilindro del motore ad ogni ciclo. Questa energia è stata sprecata perché più tardi nel ciclo è stata iniettata acqua fredda nel cilindro per condensare il vapore per ridurne la pressione. Pertanto, riscaldando e raffreddando ripetutamente il cilindro, il motore sprecava la maggior parte della sua energia termica invece di convertirla in energia meccanica.

Lintuizione critica di Watt, raggiunta nel maggio 1765, doveva far sì che il vapore condensare in una camera separata a parte il pistone, e per mantenere la temperatura del cilindro alla stessa temperatura del vapore iniettato circondandolo con una “camicia di vapore”. Così pochissima energia è stata assorbita dal cilindro ad ogni ciclo, rendendo più disponibile a svolgere un lavoro utile. Watt aveva un modello funzionante più tardi nello stesso anno.

Nonostante un progetto potenzialmente realizzabile, cerano ancora notevoli difficoltà nella costruzione di un motore su vasta scala. apital, alcuni dei quali provenivano da Black. Un sostegno più sostanziale è venuto da John Roebuck, il fondatore della celebre Carron Iron Works vicino a Falkirk, con il quale ha ora formato una partnership. Roebuck ha vissuto a Kinneil House a Bo “ness, durante il quale Watt ha lavorato per perfezionare la sua macchina a vapore in un cottage adiacente alla casa. Il guscio del cottage e gran parte di uno dei suoi progetti esistono ancora sul retro .

La difficoltà principale era nella lavorazione del pistone e del cilindro. I lavoratori del ferro dellepoca erano più simili ai fabbri che ai moderni macchinisti e non erano in grado di produrre i componenti con sufficiente precisione. Molto capitale fu speso per perseguire un brevetto sullinvenzione di Watt. A corto di risorse, Watt fu costretto a trovare un impiego, prima come geometra, poi come ingegnere civile, per otto anni.

Roebuck fallì e Matthew Boulton, proprietario della Soho Manufactory, lavora vicino a Birmingham , ha acquisito i suoi diritti di brevetto. Unestensione del brevetto al 1800 fu ottenuta con successo nel 1775.

Attraverso Boulton, Watt ebbe finalmente accesso ad alcuni dei migliori lavoratori del ferro del mondo. La difficoltà della fabbricazione di un grande cilindro con un pistone ben aderente fu risolta da John Wilkinson, che aveva sviluppato tecniche di alesatura di precisione per la fabbricazione di cannoni a Bersham, vicino a Wrexham, nel Galles del Nord. Watt e Boulton formarono una partnership di enorme successo, Boulton e Watt, che durò per i successivi venticinque anni.

Primi motori

Nel 1776, i primi motori furono installati e funzionanti nelle imprese commerciali. Questi primi motori erano utilizzati per alimentare le pompe e producevano solo un movimento alternativo per spostare le aste della pompa nella parte inferiore dellalbero. Il progetto ebbe un successo commerciale e per i successivi cinque anni Watt fu molto impegnato a installare più motori, principalmente in Cornovaglia per pompare lacqua dalle miniere.

Questi primi motori non furono prodotti da Boulton e Watt, ma furono realizzato da altri secondo i disegni di Watt, che ha ricoperto il ruolo di ingegnere consulente. Il montaggio del motore e il suo shakedown furono supervisionati da Watt, dapprima, e poi dagli uomini alle dipendenze dellazienda. Si trattava di macchine di grandi dimensioni. La prima, ad esempio, aveva un cilindro con un diametro di circa 50 pollici e un altezza complessiva di circa 24 piedi, e ha richiesto la costruzione di un edificio dedicato per ospitarla Boulton e Watt hanno addebitato un pagamento annuale, pari a un terzo del valore del carbone risparmiato rispetto a un motore Newcomen che eseguiva lo stesso lavoro.

Il campo di applicazione dellinvenzione è stato notevolmente ampliato quando Boulton ha esortato Watt a convertire il movimento alternativo del pistone per produrre potenza di rotazione per molatura, tessitura e fresatura. Sebbene una manovella sembrasse la soluzione più ovvia alla conversione, Watt e Boulton furono ostacolati da un brevetto per questo, il cui titolare, James Pickard, e soci proposero di concedere in licenza il condensatore esterno. Watt si oppose categoricamente a questo e nel 1781 aggirarono il brevetto con il loro ingranaggio solare e planetario.

Nel corso dei sei anni successivi, ha apportato una serie di altri miglioramenti e modifiche al motore a vapore. Un motore a doppio effetto, in cui il vapore agiva alternativamente sui due lati del pistone, era uno. Descrisse metodi per lavorare il vapore “in modo espansivo” (cioè usando il vapore a pressioni ben al di sopra di quella atmosferica). È stato descritto un motore composto, che collegava due o più motori. Altri due brevetti furono concessi per questi nel 1781 e 1782. Numerosi altri miglioramenti che rendevano più facile la fabbricazione e linstallazione furono continuamente implementati. Uno di questi includeva luso dellindicatore di vapore che produceva un grafico informativo della pressione nel cilindro rispetto al suo volume, che manteneva come segreto commerciale. Unaltra importante invenzione, quella di cui Watt andava più orgoglioso, era il movimento parallelo che era essenziale nei motori a doppio effetto in quanto produceva il movimento rettilineo richiesto per lasta del cilindro e la pompa, dalla trave oscillante collegata, la cui estremità si muove in un arco circolare. Questo è stato brevettato nel 1784. Una valvola a farfalla per controllare la potenza del motore e un regolatore centrifugo, brevettato nel 1788, per evitare che “scappasse” erano molto importanti. Questi miglioramenti presi insieme hanno prodotto un motore che era fino a cinque volte più efficiente nelluso del carburante rispetto al motore Newcomen.

A causa del pericolo di esplosione delle caldaie, che erano in una fase di sviluppo molto primitiva, e i problemi in corso con le perdite, Watt ha limitato il suo uso di vapore ad alta pressione: tutti i suoi motori utilizzavano vapore a pressione quasi atmosferica.

Prove di brevetto

Edward Bull iniziò a costruire motori per Boulton e Watt in Cornovaglia nel 1781. Nel 1792 aveva iniziato a produrre motori di sua progettazione, ma che contenevano un condensatore separato, violando così i brevetti di Watt. Anche due fratelli, Jabez Carter Hornblower e Jonathan Hornblower Jnr, iniziarono a costruire motori più o meno nello stesso periodo. Altri iniziarono a modificare i motori Newcomen aggiungendo un condensatore, ei proprietari della miniera in Cornovaglia si convinsero che il brevetto di Watt non poteva essere applicato. Cominciarono a trattenere i pagamenti a causa di Boulton e Watt, che nel 1795 erano caduti. Sul totale di £ 21.000 (equivalenti a £ 2.190.000 nel 2019) dovuti, solo £ 2.500 erano stati ricevuti. Watt è stato costretto ad andare in tribunale per far valere le sue affermazioni.

Ha citato Bull per la prima volta nel 1793. La giuria ha deciso per Watt , ma la questione se la specifica originale del brevetto fosse valida o meno è stata lasciata ad un altro processo. Nel frattempo, sono state emesse ingiunzioni contro i trasgressori, costringendo i loro pagamenti dei diritti a essere depositati in garanzia. Il processo sulla determinazione del la validità delle specifiche che si tennero nellanno successivo fu inconcludente, ma le ingiunzioni rimasero in vigore e i trasgressori, ad eccezione di Jonathan Hornblower, iniziarono tutti a regolare i loro casi. Hornblower fu presto portato in giudizio e il verdetto dei quattro giudici (nel 1799) era decisamente a favore di Watt. Il loro amico John Wilkinson, che aveva risolto il problema di forare un cilindro preciso, era un caso particolarmente grave. Aveva costruito una ventina di motori senza che Boulton “e Watts” ne fossero a conoscenza. Alla fine accettarono di risolvere linfrazione nel 1796. Boulton e Watt non riscossero mai tutto ciò che era loro dovuto, ma le controversie furono tutte risolte direttamente tra le parti o tramite arbitrato. Queste prove sono state estremamente costose in termini di tempo e denaro, ma alla fine hanno avuto successo per lazienda.

Macchina fotocopiatrice

Prima del 1780 non cera niente di buono metodo per fare copie di lettere o disegni. Lunico metodo talvolta utilizzato era quello meccanico che utilizzava più penne collegate. Watt allinizio ha sperimentato il miglioramento di questo metodo, ma presto ha rinunciato a questo approccio perché era così ingombrante. Decise invece di provare a trasferire fisicamente un po di inchiostro dalla parte anteriore delloriginale al retro di un altro foglio, inumidito con un solvente e pressato sulloriginale. Il secondo foglio doveva essere sottile, in modo che linchiostro potesse essere visto attraverso di esso quando la copia veniva tenuta alla luce, riproducendo così loriginale esattamente.

Watt iniziò a sviluppare il processo nel 1779 e fece molti esperimenti per formulare linchiostro, selezionare la carta sottile, ideare un metodo per bagnare la carta sottile speciale e realizzare una pressa adatta per applicare il pressione corretta per effettuare il trasferimento. Tutto ciò richiedeva molta sperimentazione, ma presto ebbe abbastanza successo da brevettare il processo un anno dopo. Watt ha formato unaltra partnership con Boulton (che ha fornito i finanziamenti) e James Keir (per gestire lattività) in una società chiamata James Watt and Co. La perfezione dellinvenzione ha richiesto molto più lavoro di sviluppo prima che potesse essere usata di routine da altri, ma questo è stato effettuato negli anni successivi. Boulton e Watt cedettero le loro quote ai figli nel 1794. Divenne un successo commerciale e fu ampiamente utilizzato negli uffici anche nel XX secolo.

Esperimenti chimici

Fin dalla tenera età Watt era molto interessato alla chimica. Alla fine del 1786, mentre si trovava a Parigi, assistette a un esperimento di Berthollet in cui fece reagire lacido cloridrico con il biossido di manganese per produrre cloro. Aveva già scoperto che una soluzione acquosa di cloro poteva sbiancare i tessuti e aveva pubblicato le sue scoperte, che destarono grande interesse tra molti potenziali rivali. Quando Watt tornò in Gran Bretagna, iniziò esperimenti in questo senso con la speranza di trovare un processo commercialmente fattibile. Ha scoperto che una miscela di sale, biossido di manganese e acido solforico potrebbe produrre cloro, che Watt riteneva potesse essere un metodo più economico. Passò il cloro in una soluzione debole di alcali e ottenne una soluzione torbida che sembrava avere buone proprietà sbiancanti. Presto comunicò questi risultati a James McGrigor, suo suocero, che era un bleacher a Glasgow. Altrimenti cercò di mantenere segreto il suo metodo.

Con McGrigor e sua moglie Annie, iniziò ad aumentare il processo e nel marzo 1788 McGrigor riuscì a sbiancare 1500 metri di stoffa con sua soddisfazione. In questo periodo Berthollet scoprì il processo del sale e dellacido solforico e lo pubblicò in modo che diventasse di dominio pubblico. Molti altri iniziarono a sperimentare il miglioramento del processo, che presentava ancora molti difetti, non ultimo il problema del trasporto del prodotto liquido. I rivali di Watt lo superarono presto nello sviluppo del processo e lui abbandonò la gara. Fu solo nel 1799, quando Charles Tennant brevettò un processo per la produzione di polvere decolorante solida (ipoclorito di calcio) che divenne un successo commerciale.

Nel 1794 Watt era stato scelto da Thomas Beddoes per produrre apparecchi per la produzione, la pulizia e lo stoccaggio di gas da utilizzare nella nuova istituzione pneumatica di Hotwells a Bristol. Watt continuò a sperimentare vari gas per diversi anni, ma nel 1797 gli usi medici delle “arie fittizie” erano giunti a un punto morto.

Personalità

Watt ha combinato la conoscenza teorica della scienza con la capacità di applicarla praticamente. Humphry Davy ha detto di lui “Coloro che considerano James Watt solo come un grande meccanico pratico formano unidea molto errata del suo carattere ; era ugualmente distinto come filosofo naturale e chimico, e le sue invenzioni dimostrano la sua profonda conoscenza di quelle scienze, e quella caratteristica peculiare del genio, lunione di esse per lapplicazione pratica “.

Era molto rispettato da altri uomini di spicco della Rivoluzione Industriale. Era un membro importante della Società Lunare, ed era un conversatore e compagno molto ricercato, sempre interessato ad espandere i suoi orizzonti. I suoi rapporti personali con i suoi amici e partner erano sempre congeniali e lunghi -durata.

Watt era un corrispondente prolifico. Durante i suoi anni in Cornovaglia, scrisse lunghe lettere a Boulton diverse volte alla settimana. Era contrario a pubblicare i suoi risultati, ad esempio, nelle Transazioni filosofiche del La Royal Society, tuttavia, preferì comunicare le sue idee in brevetti. Era un eccellente disegnatore.

Era un uomo daffari piuttosto povero, e in particolare odiava i termini di contrattazione e negoziazione con coloro che hanno cercato di utilizzare la macchina a vapore. In una lettera a William Small nel 1772, Watt confessò che “preferirebbe affrontare un cannone carico piuttosto che saldare un conto o fare un affare”. Fino a quando non si è ritirato, era sempre molto preoccupato per i suoi affari finanziari ed era un po più preoccupato. La sua salute era spesso precaria e soffriva di frequenti mal di testa nervosi e depressione.

Soho Foundry

Allinizio la partnership ha realizzato il disegno e le specifiche per i motori e ha supervisionato i lavori per montarli sulla proprietà del cliente. Non hanno prodotto quasi nessuna delle parti da soli. Watt svolgeva la maggior parte del suo lavoro nella sua casa di Harper “s Hill a Birmingham, mentre Boulton lavorava alla Soho Manufactory. A poco a poco i soci iniziarono a produrre effettivamente sempre più parti e nel 1795 acquistarono una proprietà a circa un miglio di distanza dalla manifattura di Soho, sulle rive del canale di Birmingham, per stabilire una nuova fonderia per la fabbricazione dei motori. La fonderia di Soho aprì formalmente nel 1796 in un momento in cui i figli di Watt, Gregory e James Jr., erano fortemente coinvolti la gestione dellimpresa. Nel 1800, lanno del pensionamento di Watt, lazienda realizzò un totale di 41 motori.

Anni successivi

Watt andò in pensione nel 1800, lo stesso anno in cui il suo brevetto fondamentale e la sua partnership con Boulton scaduto. La famosa collaborazione fu trasferita ai figli degli uomini, Matthew Robinson Boulton e James Watt Jr .. Lingegnere di lunga data William Murdoch divenne presto socio e lazienda prosperò.

Watt continuò a inventare altri cose prima e durante il suo semi-pensionamento. Nella sua casa a Handsworth, nello Staffordshire, Watt utilizzava una soffitta come officina, ed era qui che lavorò a molte delle sue invenzioni. Tra laltro, ha inventato e costruito diverse macchine per la copia di sculture e medaglioni che hanno funzionato molto bene, ma che non ha mai brevettato. Una delle prime sculture che ha prodotto con la macchina era una piccola testa del suo vecchio amico professore Adam Smith. Ha mantenuto il suo interesse per lingegneria civile ed è stato consulente in diversi progetti significativi. Ha proposto, ad esempio, un metodo per costruire un tubo flessibile da utilizzare per il pompaggio dellacqua sotto il Clyde a Glasgow.

Lui e la sua seconda moglie si sono recati in Francia e in Germania e hanno acquistato una tenuta a metà -Galles a Doldowlod House, un miglio a sud di Llanwrthwl, che ha notevolmente migliorato.

Nel 1816 fece un viaggio sul piroscafo Comet, un prodotto delle sue invenzioni, per rivisitare la sua città natale di Greenock .

Morì il 25 agosto 1819 nella sua casa “Heathfield Hall” vicino a Handsworth nello Staffordshire (ora parte di Birmingham) alletà di 83 anni. Fu sepolto il 2 settembre nel cimitero di St Mary ” s Church, Handsworth. Da allora la chiesa è stata ampliata e la sua tomba è ora allinterno della chiesa.