James Watt (Norsk)

Da han var 18 år døde moren hans og farens helse begynte å svikte. Watt reiste til London og var i stand til å få en periode med opplæring som instrumentmaker i et år (1755/56) , kom deretter tilbake til Skottland, og bosatte seg i den store kommersielle byen Glasgow, med den hensikt å etablere sin egen instrumentfremstillingsvirksomhet. Han var fortsatt veldig ung og hadde ikke full læretid, hadde ikke de vanlige forbindelsene via en tidligere mester for å etablere seg som en svenninstrumentprodusent.

Watt ble reddet fra denne uføret ved ankomsten fra Jamaica av astronomiske instrumenter som Alexander Macfarlane testamenterte til University of Glasgow, instrumenter som krevde ekspert oppmerksomhet. Watt gjenopprettet dem til arbeidsordre og ble godtgjort. Disse instrumentene ble til slutt installert i Macfarlane Observatory. Deretter ga tre professorer ham muligheten til å sette opp et lite verksted innen universitetet. Den ble initiert i 1757 og to av professorene, fysikeren og kjemikeren Joseph Black, så vel som den berømte Adam Smith, ble Watts venner.

Først jobbet han med å vedlikeholde og reparere vitenskapelige instrumenter som ble brukt i universitetet, hjalp til med demonstrasjoner og utvidet produksjonen av kvadranter. Han laget og reparerte blant annet messing som reflekterte kvadranter, parallelle linjaler, vekter, deler til teleskoper og barometre.

Det er noen ganger feilaktig oppgitt. at han slet med å etablere seg i Glasgow på grunn av motstand fra Trades House, men denne myten har blitt grundig avkreftet av historikeren, Lumsden. Opptegnelsene fra denne perioden er tapt, men det er kjent at han var i stand til å jobbe og handle helt normalt som en dyktig metallarbeider, må Incorporation of Hammermen ha vært fornøyd med at han oppfylte deres krav til medlemskap. Det er også kjent at andre mennesker i metallbransjen ble forfulgt for å jobbe uten å være medlemmer av Inkorporering godt inn på 1800-tallet, så reglene ble definitivt håndhevet da Watt handlet fritt i hele byen.

I 1759 dannet han et partnerskap med John Craig, en arkitekt og forretningsmann, for å produsere og selge. en serie produkter inkludert musikkinstrumenter og leker. Dette partnerskapet varte i de neste seks årene, og sysselsatte opptil seksten arbeidere. Craig døde i 1765. En ansatt, Alex Gardner, tok til slutt over virksomheten, som varte inn i det tjuende århundre.

I 1764 giftet Watt seg med fetteren Margaret (Peggy) Miller, som han hadde fem barn med. , hvorav to levde til voksen alder: James Jr. (1769–1848) og Margaret (1767–1796). Kona hans døde under fødsel i 1772. I 1777 ble han gift igjen, med Ann MacGregor, datter av en fargestoffprodusent i Glasgow, som han fikk to barn med: Gregory (1777–1804), som ble geolog og mineralog, og Janet (1779–1794). Ann døde i 1832. Mellom 1777 og 1790 bodde han i Regent Place, Birmingham.

Watt og kjelen

Det er en populær historie om at Watt ble inspirert til å finne opp dampmaskinen av ser en vannkoker koke, dampen som tvinger lokket til å heve seg og dermed viser Watt kraften til damp. Denne historien blir fortalt i mange former; i noen er Watt en ung gutt, i andre er han eldre, noen ganger er det morens vannkoker, noen ganger tanten sin. Watt oppfant faktisk ikke dampmotoren, som historien antyder, men forbedret effektiviteten til den eksisterende Newcomen-motoren ved å legge til en egen kondensator. Dette er vanskelig å forklare for noen som ikke er kjent med begrepene varme og termisk effektivitet. Det ser ut til at historien ble opprettet, muligens av Watt sønn James Watt Jr., og vedvarer fordi den er lett for barn å forstå og huske. I dette lyset kan det sees på som historien om Isaac Newton og det fallende eplet og hans oppdagelse av tyngdekraften.

Selv om det ofte blir avvist som en myte, har historien om Watt og vannkokeren en grunnlag faktisk. I forsøket på å forstå termodynamikken til varme og damp, utførte James Watt mange laboratorieeksperimenter, og dagbøkene hans registrerte at han gjennomførte en vannkoker som en kjele for å generere damp.

Tidlige eksperimenter med damp

I 1759 gjorde Watts venn, John Robison, oppmerksom på bruk av damp som kilde til drivkraft.Designet av Newcomen-motoren, som var i bruk i nesten 50 år for pumping av vann fra gruver, hadde knapt endret seg fra den første implementeringen. Watt begynte å eksperimentere med damp, selv om han aldri hadde sett en fungerende dampmotor. Han prøvde å konstruere en modell; det klarte ikke å fungere tilfredsstillende, men han fortsatte eksperimentene sine og begynte å lese alt han kunne om emnet. Han ble klar over viktigheten av latent varme – den termiske energien som frigjøres eller absorberes under en prosess med konstant temperatur – for å forstå motoren, som, ukjent for Watt, hans venn Joseph Black tidligere hadde oppdaget noen år før. Forståelsen av dampmotoren var i en veldig primitiv tilstand, for vitenskapen om termodynamikk ville ikke bli formalisert på nesten 100 år til.

I 1763 ble Watt bedt om å reparere en modell Newcomen-motor som tilhører universitetet. . Selv etter reparasjon fungerte knapt motoren. Etter mye eksperimentering demonstrerte Watt at omtrent tre fjerdedeler av den termiske energien til dampen ble brukt i oppvarming av motorsylinderen i hver syklus. Denne energien ble bortkastet fordi det senere i syklusen ble injisert kaldt vann i sylinderen for å kondensere dampen for å redusere trykket. Dermed ved gjentatte ganger å varme opp og avkjøle sylinderen, kastet motoren bort mesteparten av sin termiske energi i stedet for å konvertere den til mekanisk energi.

Watts kritiske innsikt, som kom til i mai 1765, var å få dampen til å kondenseres i et eget kammer bortsett fra stempelet, og for å opprettholde temperaturen i sylinderen ved samme temperatur som den injiserte dampen ved å omgi den med en «dampkappe.» Dermed ble svært lite energi absorbert av sylinderen i hver syklus, noe som gjorde mer tilgjengelig for å utføre nyttig arbeid. Watt hadde en arbeidsmodell senere samme år.

Til tross for et potensielt brukbart design, var det fortsatt store vanskeligheter med å konstruere en fullskala motor. Dette krevde mer apital, hvorav noen kom fra Black. Mer omfattende støtte kom fra John Roebuck, grunnleggeren av det berømte Carron Iron Works i nærheten av Falkirk, som han nå dannet et partnerskap med. Roebuck bodde på Kinneil House i Bo «ness, i løpet av hvilken tid Watt jobbet med å perfeksjonere sin dampmaskin i en hytte ved siden av huset. Skallet på hytta, og en veldig stor del av et av hans prosjekter, eksisterer fremdeles bak .

Den største vanskeligheten var å bearbeide stempelet og sylinderen. Dags jernarbeidere var mer som smeder enn moderne maskinister, og klarte ikke å produsere komponentene med tilstrekkelig presisjon. Mye kapital ble brukt på å forfølge en patent på Watt oppfinnelse. Watt ble bundet etter ressurser og ble tvunget til å begynne i arbeid – først som landmåler, deretter som sivilingeniør – i åtte år.

Roebuck gikk konkurs, og Matthew Boulton, som eide Soho Manufactory-verkene i nærheten av Birmingham. , fikk sine patentrettigheter. En utvidelse av patentet til 1800 ble oppnådd med hell i 1775.

Gjennom Boulton hadde Watt endelig tilgang til noen av de beste jernarbeiderne i verden. Vanskeligheten ved å produsere en stor sylinder med et tettsittende stempel ble løst av John Wilkinson, som hadde utviklet presisjonsboringsteknikker for kanonfremstilling i Bersham, nær Wrexham, Nord-Wales. Watt og Boulton dannet et enormt vellykket partnerskap, Boulton og Watt, som varte i de neste tjuefem årene.

Første motorer

I 1776 ble de første motorene installert og fungerte i kommersielle virksomheter. Disse første motorene ble brukt til å drive pumper og produserte bare frem og tilbake bevegelse for å bevege pumpestengene i bunnen av akselen. Designet var kommersielt vellykket, og de neste fem årene var Watt veldig opptatt med å installere flere motorer, hovedsakelig i Cornwall for å pumpe vann ut av gruvene.

Disse tidlige motorene ble ikke produsert av Boulton og Watt, men var laget av andre i henhold til tegninger laget av Watt, som fungerte som rådgivende ingeniør. Oppføringen av motoren og dens nedstengning ble først overvåket av Watt, og deretter av menn i firmaets arbeid. Dette var store maskiner. Den første hadde for eksempel en sylinder med en diameter på rundt 50 inches og en total høyde på ca 24 fot, og krevde bygging av en dedikert bygning for å huse den. Boulton og Watt belastet en årlig betaling, tilsvarende en tredjedel av verdien av kullet som ble spart sammenlignet med en Newcomen-motor som utførte det samme arbeidet.

Anvendelsesområdet for oppfinnelsen ble kraftig utvidet da Boulton oppfordret Watt til å konvertere stempelets frem- og tilbakegående bevegelse for å produsere rotasjonskraft for sliping, veving og fresing. Selv om en sveiv virket som den åpenbare løsningen på konverteringen, ble Watt og Boulton stymied av et patent på dette, hvis holder, James Pickard, og medarbeidere foreslo å krysslisensiere den eksterne kondensatoren. Watt motsatte seg hardt dette, og de omgått patentet av deres sol- og planetutstyr i 1781.

I løpet av de neste seks årene gjorde han en rekke andre forbedringer og modifikasjoner av dampmotoren. En dobbeltvirkende motor, der dampen virket vekselvis på de to sidene av stempelet, var en. Han beskrev metoder for å arbeide dampen «ekspansivt» (dvs. bruke damp ved trykk langt over atmosfærisk). En sammensatt motor, som koblet sammen to eller flere motorer, ble beskrevet. Ytterligere to patenter ble gitt for disse i 1781 og 1782. Tallrike andre forbedringer som gjorde det lettere å produsere og installere ble kontinuerlig implementert. En av disse inkluderte bruken av dampindikatoren som produserte et informativt plot av trykket i sylinderen mot volumet, som han holdt som en forretningshemmelighet. En annen viktig oppfinnelse, en som Watt var mest stolt av, var den parallelle bevegelsen som var viktig i dobbeltvirkende motorer, da den produserte den rette linjebevegelsen som kreves for sylinderstangen og pumpen, fra den tilkoblede vippestrålen, hvis ende beveger seg i en sirkelbue. Dette ble patentert i 1784. En gassventil for å kontrollere motorens kraft, og en sentrifugalguvernør, patentert i 1788, for å holde den fra å «løpe bort» var veldig viktig. Disse forbedringene samlet produserte en motor som var opptil fem ganger så effektiv i bruk av drivstoff som Newcomen-motoren.

På grunn av faren for eksploderende kjeler, som var i et veldig primitivt utviklingsstadium, og de pågående problemene med lekkasjer, begrenset Watt bruken av høytrykksdamp – alle motorene hans brukte damp ved nær atmosfæretrykk.

Patentforsøk

Edward Bull begynte å bygge motorer for Boulton og Watt i Cornwall i 1781. Innen 1792 hadde han begynt å lage motorer av sitt eget design, men som inneholdt en egen kondensator, og dermed krenket Watt patenter. To brødre, Jabez Carter Hornblower og Jonathan Hornblower Jnr, startet også med å bygge motorer omtrent samtidig. Andre begynte å modifisere Newcomen-motorer ved å legge til en kondensator, og gruveeierne i Cornwall ble overbevist om at Watt patent ikke kunne håndheves. De begynte å holde tilbake betalinger på grunn av Boulton og Watt, som innen 1795 hadde falt. 21.000 (tilsvarende £ 2.190.000 per 2019) skyldte, hadde bare £ 2500 blitt mottatt. Watt ble tvunget til å gå til retten for å håndheve sine krav.

Han saksøkte først Bull i 1793. Juryen fant for Watt , men spørsmålet om hvorvidt den opprinnelige spesifikasjonen av patentet var gyldig, ble overlatt til en annen rettssak. I mellomtiden ble det gitt påbud mot overtredere, noe som tvang deres betaling av royalties til å bli sperret. gyldigheten av spesifikasjonene som ble holdt året etter, var ikke avgjørende, men påbudene forble i kraft, og krenkerne, bortsett fra Jonathan Hornblower, begynte alle å avgjøre sakene. Hornblower ble snart ført for retten og dommen fra de fire dommerne. (i 1799) var avgjørende i favør av Watt. Deres venn John Wilkinson, som hadde løst problemet med å kjede en nøyaktig sylinder, var et spesielt alvorlig tilfelle. Han hadde reist omtrent tjue motorer uten Boultons og Watts-kunnskap. De ble endelig enige om å avgjøre overtredelsen i 1796. Boulton og Watt samlet aldri alt som skyldte dem, men alle tvister ble avgjort direkte mellom partene eller gjennom voldgift. Disse prøvene var ekstremt kostbare både penger og tid, men til slutt var de vellykkede for firmaet.

Kopieringsmaskin

Før 1780 var det ikke noe godt metode for å lage kopier av bokstaver eller tegninger. Den eneste metoden som noen ganger ble brukt, var en mekanisk ved bruk av sammenkoblede flere penner. Watt eksperimenterte først med å forbedre denne metoden, men ga snart opp denne tilnærmingen fordi den var så tungvint. Han bestemte seg i stedet for å prøve å fysisk overføre litt blekk fra forsiden av originalen til baksiden av et annet ark, fuktet med løsemiddel og presset til originalen. Det andre arket måtte være tynt, slik at blekket kunne sees gjennom det når kopien ble holdt opp mot lyset, og dermed reproduserte originalen nøyaktig.

Watt begynte å utvikle prosessen i 1779, og gjorde mange eksperimenter for å formulere blekket, velge tynnt papir, for å utarbeide en metode for å fukte det spesielle tynne papiret, og for å lage en presse egnet for å påføre riktig trykk for å gjennomføre overføringen. Alle disse krevde mye eksperimentering, men han hadde snart suksess til å patentere prosessen et år senere. Watt dannet et nytt partnerskap med Boulton (som ga finansiering) og James Keir (for å lede virksomheten) i et firma som heter James Watt og Co. Fullkommenheten til oppfinnelsen krevde mye mer utviklingsarbeid før den kunne brukes rutinemessig av andre, men dette ble utført de neste årene. Boulton og Watt ga opp sine aksjer til sønnene i 1794. Det ble en kommersiell suksess og ble mye brukt på kontorer til og med det tjuende århundre.

Kjemiske eksperimenter

Fra en tidlig alder Watt var veldig interessert i kjemi. På slutten av 1786, mens han var i Paris, ble han vitne til et eksperiment av Berthollet der han reagerte saltsyre med mangandioksid for å produsere klor. Han hadde allerede funnet ut at en vandig løsning av klor kunne bleke tekstiler, og hadde publisert sine funn, som vakte stor interesse blant mange potensielle rivaler. Da Watt kom tilbake til Storbritannia, begynte han eksperimenter i denne retning med håp om å finne en kommersielt levedyktig prosess. Han oppdaget at en blanding av salt, mangandioksid og svovelsyre kunne produsere klor, noe Watt mente kunne være en billigere metode. Han førte kloren inn i en svak løsning av alkali, og fikk en uklar løsning som så ut til å ha gode blekeegenskaper. Han kommuniserte snart disse resultatene til James McGrigor, hans svigerfar, som var bleker i Glasgow. Ellers prøvde han å holde metoden hemmelig.

Med McGrigor og kona Annie begynte han å øke prosessen, og i mars 1788 klarte McGrigor å bleke 1500 meter tøy til sin tilfredshet. Omtrent på dette tidspunktet oppdaget Berthollet salt- og svovelsyreprosessen, og publiserte den slik at den ble offentlig kjent. Mange andre begynte å eksperimentere med å forbedre prosessen, som fremdeles hadde mange mangler, ikke minst problemet med transport av det flytende produktet. Watts rivaler gikk snart over ham når han utviklet prosessen, og han droppet ut av løpet. Først i 1799, da Charles Tennant patenterte en prosess for å produsere fast blekepulver (kalsiumhypokloritt), ble det en kommersiell suksess.

I 1794 hadde Watt blitt valgt av Thomas Beddoes til å produsere apparater for å produsere, rense og lagre gasser for bruk i den nye pneumatiske institusjonen på Hotwells i Bristol. Watt fortsatte å eksperimentere med forskjellige gasser i flere år, men innen 1797 de medisinske bruksområdene for «factitious airs» hadde kommet til en blindgate.

Personlighet

Watt kombinerte teoretisk kunnskap om vitenskap med evnen til å anvende den praktisk. Humphry Davy sa av ham «De som bare anser James Watt som en stor praktisk mekaniker, danner en veldig feil ide om hans karakter ; han ble like utmerket som en naturlig filosof og en kjemiker, og hans oppfinnelser demonstrerte hans dype kunnskap om disse vitenskapene, og det særegne kjennetegnet ved geni, foreningen av dem for praktisk anvendelse «.

Han ble respektert sterkt av andre fremtredende menn i den industrielle revolusjonen. Han var et viktig medlem av Lunar Society, og var en meget ettertraktet samtalepartner og følgesvenn, alltid interessert i å utvide horisonten. Hans personlige forhold til vennene og partnerne var alltid trivelig og lang -lasting.

Watt var en produktiv korrespondent. I løpet av årene i Cornwall skrev han lange brev til Boulton flere ganger i uken. Han var motvillig til å publisere sine resultater i for eksempel de filosofiske Royal Society imidlertid og foretrakk i stedet å formidle sine ideer i patenter. Han var en utmerket tegner.

Han var en ganske dårlig forretningsmann, og hatet spesielt forhandlinger og forhandlingsvilkår. med de som søkte å bruke dampmotoren. I et brev til William Small i 1772 innrømmet Watt at «han vil heller møte en lastet kanon enn å gjøre opp en konto eller gjøre et kupp.» Inntil han ble pensjonist, var han alltid veldig opptatt av sine økonomiske forhold, og var noe mer bekymret. Hans helse var ofte dårlig, og han led hyppig nervøs hodepine og depresjon.

Soho Foundry

Først laget partnerskapet tegningen og spesifikasjonene for motorene, og overvåket arbeidet med å reise det på kundens eiendom. De produserte nesten ingen av delene selv. Watt utførte det meste av sitt arbeid hjemme i Harpers Hill i Birmingham, mens Boulton jobbet i Soho Manufactory. Gradvis begynte partnerne å produsere flere og flere deler, og innen 1795 kjøpte de en eiendom omtrent en kilometer unna. fra Soho-fabrikken, ved bredden av Birmingham-kanalen, for å etablere et nytt støperi for produksjon av motorene. Soho-støperiet åpnet formelt i 1796 på en tid da Watts sønner, Gregory og James Jr. var sterkt involvert i ledelsen av bedriften. I 1800, året Watt gikk av, laget firmaet totalt 41 motorer.

Senere år

Watt trakk seg tilbake i 1800, samme år som hans grunnleggende patent og partnerskap med Boulton Det berømte partnerskapet ble overført til menns sønner, Matthew Robinson Boulton og James Watt Jr. Den mangeårige firmaingeniøren William Murdoch ble snart en partner og firmaet blomstret.

Watt fortsatte å oppfinne andre ting før og under hans pensjonisttilværelse. Innenfor sitt hjem i Handsworth, Staffordshire, brukte Watt et garretrom som et verksted, og det var her han jobbet med mange av oppfinnelsene hans. Blant annet oppfant og konstruerte han flere maskiner for å kopiere skulpturer og medaljonger som fungerte veldig bra, men som han aldri patenterte. En av de første skulpturene han produserte med maskinen var et lite hode til sin gamle professorvenn Adam Smith. Han opprettholdt sin interesse for anleggsteknikk og var konsulent i flere viktige prosjekter. Han foreslo for eksempel en metode for å konstruere et fleksibelt rør som skal brukes til å pumpe vann under Clyde i Glasgow.

Han og hans andre kone reiste til Frankrike og Tyskland, og han kjøpte et gods midt -Wales på Doldowlod House, en kilometer sør for Llanwrthwl, noe han forbedret mye.

I 1816 tok han en tur på padle-dampbåten Comet, et produkt av hans oppfinnelser, for å besøke hjembyen Greenock .

Han døde 25. august 1819 i sitt hjem «Heathfield Hall» nær Handsworth i Staffordshire (nå en del av Birmingham) i en alder av 83 år. Han ble gravlagt 2. september på kirkegården St. Mary » s Church, Handsworth. Kirken har siden blitt utvidet, og hans grav er nå inne i kirken.