James Watt

Toen hij 18 was stierf zijn moeder en de gezondheid van zijn vader begon te verslechteren. Watt reisde naar Londen en kon een jaar lang een opleiding tot instrumentmaker volgen (1755-1756) , keerde vervolgens terug naar Schotland en vestigde zich in de grote handelsstad Glasgow met de bedoeling zijn eigen instrumentmakerij op te zetten. Hij was nog erg jong en had geen volledige stage gehad en had niet de gebruikelijke connecties via een voormalige meester om zich te vestigen als gezel instrumentmaker.

Watt werd uit deze impasse gered door de komst uit Jamaica van astronomische instrumenten die Alexander Macfarlane had nagelaten aan de Universiteit van Glasgow, instrumenten die deskundige aandacht vereisten. Watt herstelde ze in werkend en werd beloond. Deze instrumenten werden uiteindelijk geïnstalleerd in het Macfarlane Observatorium. Vervolgens boden drie hoogleraren hem de mogelijkheid om binnen de universiteit een kleine werkplaats op te zetten. Het werd opgericht in 1757 en twee van de professoren, de natuurkundige en scheikundige Joseph Black en de beroemde Adam Smith, werden vrienden van Watt.

Aanvankelijk werkte hij aan het onderhouden en repareren van wetenschappelijke instrumenten die in de universiteit, hielp met demonstraties en breidde de productie van kwadranten uit. Hij maakte en repareerde onder meer koperen reflecterende kwadranten, parallelle linialen, schalen, onderdelen voor telescopen en barometers.

Het wordt soms ten onrechte vermeld. dat hij worstelde om zich in Glasgow te vestigen vanwege tegenstand van het Trades House, maar deze mythe is grondig ontkracht door de historicus Lumsden. De gegevens uit deze periode zijn verloren, maar het is bekend dat hij in staat was om volledig normaal te werken en te handelen als een bekwame metaalbewerker, dus de oprichting van Hammermen moet er zeker van zijn geweest dat hij voldeed aan hun vereisten voor lidmaatschap. Het is ook bekend dat andere mensen in de metaalhandel werden nagestreefd om te werken zonder lid te zijn van de e Incorporatie tot ver in de 19e eeuw, dus de regels werden zeker gehandhaafd toen Watt vrij door de stad handelde.

In 1759 vormde hij een partnerschap met John Craig, een architect en zakenman, om te produceren en verkopen een reeks producten, waaronder muziekinstrumenten en speelgoed. Dit partnerschap duurde de volgende zes jaar en bood werk aan zestien werknemers. Craig stierf in 1765. Een werknemer, Alex Gardner, nam uiteindelijk het bedrijf over, dat duurde tot in de twintigste eeuw.

In 1764 trouwde Watt met zijn neef Margaret (Peggy) Miller, met wie hij vijf kinderen kreeg. , van wie er twee tot volwassenheid leefden: James Jr. (1769–1848) en Margaret (1767–1796). Zijn vrouw stierf in het kraambed in 1772. In 1777 trouwde hij opnieuw, met Ann MacGregor, dochter van een verfmaker uit Glasgow, met wie hij twee kinderen kreeg: Gregory (1777–1804), die geoloog en mineraloog werd, en Janet (1779-1794). Ann stierf in 1832. Tussen 1777 en 1790 woonde hij in Regent Place, Birmingham.

Watt en de ketel

Er is een populair verhaal dat Watt werd geïnspireerd om de stoommachine uit te vinden door het zien van een ketel die kookt, de stoom die het deksel dwingt om omhoog te gaan en zo Watt de kracht van stoom laat zien. Dit verhaal wordt in vele vormen verteld; in sommige gevallen is Watt een jonge knaap, in andere is hij ouder, soms is het de ketel van zijn moeder, soms de tante van zijn moeder. Watt heeft de stoommachine niet echt uitgevonden, zoals het verhaal aangeeft, maar heeft de efficiëntie van de bestaande Newcomen-motor door een aparte condensor toe te voegen. Dit is moeilijk uit te leggen aan iemand die niet bekend is met concepten van warmte en thermische efficiëntie. Het lijkt erop dat het verhaal is gemaakt, mogelijk door Watts zoon James Watt Jr., en blijft bestaan omdat het is voor kinderen gemakkelijk te begrijpen en te onthouden. In dit licht kan het worden gezien als verwant aan het verhaal van Isaac Newton en de vallende appel en zijn ontdekking van de zwaartekracht.

Hoewel het vaak als een mythe wordt afgedaan, heeft het verhaal van Watt en de ketel een basis in feite. In een poging de thermodynamica van warmte en stoom te begrijpen, voerde James Watt veel laboratoriumexperimenten uit en zijn dagboeken vermelden dat hij bij het uitvoeren hiervan een ketel gebruikte als ketel om stoom op te wekken.

Vroege experimenten met stoom

In 1759 vestigde Watts vriend, John Robison, zijn aandacht op het gebruik van stoom als een bron van drijfkracht.Het ontwerp van de Newcomen-motor, die al bijna 50 jaar wordt gebruikt voor het pompen van water uit mijnen, was sinds de eerste implementatie nauwelijks veranderd. Watt begon met stoom te experimenteren, hoewel hij nog nooit een werkende stoommachine had gezien. Hij probeerde een model te construeren; het werkte niet naar tevredenheid, maar hij zette zijn experimenten voort en begon alles over het onderwerp te lezen wat hij maar kon. Hij begon het belang in te zien van latente warmte – de thermische energie die vrijkomt of geabsorbeerd wordt tijdens een proces van constante temperatuur – om de motor te begrijpen, die zijn vriend Joseph Black, die Watt niet wist, enkele jaren eerder had ontdekt. Het begrip van de stoommachine was in een zeer primitieve staat, want de wetenschap van de thermodynamica zou pas over bijna 100 jaar geformaliseerd zijn.

In 1763 werd Watt gevraagd om een model Newcomen-motor van de universiteit te repareren. . Zelfs na reparatie werkte de motor nauwelijks. Na veel experimenteren toonde Watt aan dat ongeveer driekwart van de thermische energie van de stoom werd verbruikt bij het verwarmen van de motorcilinder bij elke cyclus. Deze energie ging verloren omdat later in de cyclus koud water in de cilinder werd geïnjecteerd om de stoom te condenseren en de druk ervan te verlagen. Dus door de cilinder herhaaldelijk te verwarmen en af te koelen, verspilde de motor de meeste thermische energie in plaats van deze om te zetten in mechanische energie.

Watts kritische inzicht, verkregen in mei 1765, was om ervoor te zorgen dat de stoom condenseren in een aparte kamer, los van de zuiger, en om de temperatuur van de cilinder op dezelfde temperatuur te houden als de geïnjecteerde stoom door deze te omringen met een stoommantel. Zo werd er bij elke cyclus heel weinig energie door de cilinder geabsorbeerd, waardoor meer beschikbaar om nuttig werk uit te voeren. Watt had later datzelfde jaar een werkend model.

Ondanks een potentieel werkbaar ontwerp waren er nog steeds aanzienlijke problemen bij het bouwen van een motor op ware grootte. Dit vereiste meer c apital, waarvan sommige afkomstig waren van Black. Meer substantiële steun kwam van John Roebuck, de oprichter van de beroemde Carron Iron Works nabij Falkirk, met wie hij nu een partnerschap vormde. Roebuck woonde in Kinneil House in Bo ness, gedurende die tijd werkte Watt aan het perfectioneren van zijn stoommachine in een huisje naast het huis. De schil van het huisje, en een zeer groot deel van een van zijn projecten, bestaat nog steeds aan de achterkant .

De grootste moeilijkheid was het bewerken van de zuiger en cilinder. De toenmalige ijzerwerkers waren meer smeden dan moderne machinisten, en waren niet in staat de componenten met voldoende precisie te vervaardigen. Er werd veel kapitaal besteed aan het nastreven van een patent op Watts uitvinding. Watt werd gedwongen om gedurende acht jaar werk te zoeken – eerst als landmeter en vervolgens als civiel ingenieur.

Roebuck ging failliet, en Matthew Boulton, die eigenaar was van de Soho Manufactory-fabriek in de buurt van Birmingham , verwierf zijn octrooirechten. Een uitbreiding van het patent tot 1800 werd met succes verkregen in 1775.

Via Boulton had Watt eindelijk toegang tot enkele van de beste ijzerwerkers ter wereld. De moeilijkheid bij het vervaardigen van een grote cilinder met een goed passende zuiger werd opgelost door John Wilkinson, die precisieboortechnieken had ontwikkeld voor het maken van kanonnen in Bersham, nabij Wrexham, Noord-Wales. Watt en Boulton vormden een enorm succesvol partnerschap, Boulton en Watt, dat de komende vijfentwintig jaar duurde.

Eerste motoren

In 1776 werden de eerste motoren geïnstalleerd en werkten ze in commerciële ondernemingen. Deze eerste motoren werden gebruikt om pompen aan te drijven en produceerden alleen een heen en weer gaande beweging om de pompstangen onder aan de as te bewegen. Het ontwerp was commercieel succesvol, en de daaropvolgende vijf jaar was Watt erg druk met het installeren van meer motoren, meestal in Cornwall om water uit mijnen te pompen.

Deze vroege motoren werden niet vervaardigd door Boulton en Watt, maar waren gemaakt door anderen volgens tekeningen van Watt, die de rol van raadgevend ingenieur vervulde. Het opzetten van de motor en het uitschakelen ervan werd eerst begeleid door Watt, en daarna door mannen in dienst van het bedrijf. Dit waren grote machines. De eerste had bijvoorbeeld een cilinder met een diameter van ongeveer 50 inch en een totale hoogte van ongeveer 24 voet, en vereist de bouw van een speciaal gebouw om het te huisvesten. Boulton en Watt rekenden een jaarlijkse betaling aan, gelijk aan een derde van de waarde van de steenkool die werd bespaard in vergelijking met een Newcomen-motor die hetzelfde werk verrichtte.

Het toepassingsgebied van de uitvinding werd aanzienlijk verbreed toen Boulton Watt aanspoorde om de heen en weer gaande beweging van de zuiger om te zetten om rotatiekracht te produceren voor slijpen, weven en frezen. Hoewel een slinger de voor de hand liggende oplossing voor de conversie leek, werden Watt en Boulton gehinderd door een octrooi hiervoor, waarvan de houder, James Pickard, en zijn medewerkers voorstelden om de externe condensor in licentie te geven. Watt verzette zich hier krachtig tegen en ze omzeilden het patent door hun zon- en planeetwielaandrijving in 1781.

Gedurende de volgende zes jaar bracht hij een aantal andere verbeteringen en aanpassingen aan de stoommachine door. Een dubbelwerkende motor, waarbij de stoom afwisselend aan de twee zijden van de zuiger werkte, was er één. Hij beschreef methoden om de stoom “expansief” te laten werken (d.w.z. door stoom te gebruiken bij drukken ruim boven atmosferische druk). Er werd een samengestelde motor beschreven die twee of meer motoren met elkaar verbond. Hiervoor werden in 1781 en 1782 nog twee patenten verleend. Talloze andere verbeteringen die de fabricage en installatie vergemakkelijken, werden voortdurend doorgevoerd. Een daarvan was het gebruik van de stoomindicator, die een informatief diagram opleverde van de druk in de cilinder tegen het volume, dat hij als handelsgeheim bewaarde. Een andere belangrijke uitvinding, waar Watt het meest trots op was, was de parallelle beweging die essentieel was in dubbelwerkende motoren omdat deze de beweging in rechte lijn produceerde die nodig is voor de cilinderstang en pomp, van de verbonden schommelbalk, waarvan het uiteinde in een beweging beweegt. cirkelvormige boog. Dit werd gepatenteerd in 1784. Een gasklep om het vermogen van de motor te regelen, en een centrifugale gouverneur, gepatenteerd in 1788, om te voorkomen dat deze zou “weglopen”, waren erg belangrijk. Deze verbeteringen samen leverden een motor op die tot vijf keer zo efficiënt was in zijn brandstofverbruik als de Newcomen-motor.

Vanwege het gevaar van exploderende ketels, die zich in een zeer primitief ontwikkelingsstadium bevonden, en de voortdurende problemen met lekken, beperkte Watt zijn gebruik van stoom onder hoge druk – al zijn motoren gebruikten stoom van bijna atmosferische druk.

Patentproeven

Edward Bull begon met de bouw motoren voor Boulton en Watt in Cornwall in 1781. In 1792 was hij begonnen met het maken van motoren van zijn eigen ontwerp, maar die een afzonderlijke condensor bevatten, en daarmee inbreuk maakten op Watts patenten. Twee broers, Jabez Carter Hornblower en Jonathan Hornblower Jnr begonnen ook rond dezelfde tijd met het bouwen van motoren. Anderen begonnen Newcomen-motoren aan te passen door een condensor toe te voegen, en de mijneigenaren in Cornwall raakten ervan overtuigd dat Watts octrooi niet kon worden afgedwongen. Ze begonnen betalingen in te houden vanwege Boulton en Watt, die in 1795 waren gevallen. Van de totale £ 21.000 (gelijk aan £ 2.190.000 vanaf 2019) verschuldigd, was slechts £ 2.500 ontvangen. Watt werd gedwongen naar de rechtbank te stappen om zijn vorderingen af te dwingen.

Hij klaagde Bull voor het eerst in 1793. De jury vond voor Watt , maar de vraag of de oorspronkelijke specificatie van het octrooi al dan niet geldig was, werd aan een ander proces overgelaten. In de tussentijd werden bevelen uitgevaardigd tegen de inbreukmakers, waardoor hun betaling van de royaltys in bewaring moest worden gesteld. de geldigheid van de specificaties die in het volgende jaar werden gehouden, was niet doorslaggevend, maar de bevelen bleven van kracht en de overtreders, behalve Jonathan Hornblower, begonnen allemaal hun zaken te schikken. Hornblower werd al snel voor de rechter gebracht en de uitspraak van de vier rechters (in 1799) was beslissend in het voordeel van Watt. Hun vriend John Wilkinson, die het probleem van het boren van een nauwkeurige cilinder had opgelost, was een bijzonder zwaar geval. Hij had een twintigtal motoren neergezet zonder medeweten van Boulton en Watts. Ze kwamen uiteindelijk overeen om de inbreuk in 1796 te regelen. Boulton en Watt hebben nooit alles geïnd wat hun verschuldigd was, maar de geschillen werden allemaal rechtstreeks tussen de partijen of via arbitrage beslecht. Deze proeven waren zowel in geld als tijd buitengewoon duur, maar waren uiteindelijk succesvol voor het bedrijf.

Kopieerapparaat

Vóór 1780 was er geen goed methode voor het maken van kopieën van brieven of tekeningen. De enige methode die soms werd gebruikt, was een mechanische methode waarbij meerdere pennen werden gekoppeld. Watt experimenteerde eerst met het verbeteren van deze methode, maar gaf deze benadering al snel op omdat het zo omslachtig was. In plaats daarvan besloot hij om fysiek wat inkt van de voorkant van het origineel naar de achterkant van een ander vel over te brengen, bevochtigd met een oplosmiddel en tegen het origineel gedrukt. Het tweede vel moest dun zijn, zodat de inkt erdoorheen kon worden gezien als de kopie tegen het licht werd gehouden, waardoor het origineel exact werd gereproduceerd.

Watt begon met de ontwikkeling van het proces in 1779, en deed veel experimenten om de inkt te formuleren, het dunne papier te selecteren, een methode te bedenken om het speciale dunne papier te bevochtigen en een pers te maken die geschikt was voor het aanbrengen van het juiste druk om de overdracht uit te voeren. Al deze vereisten vereisten veel experimenten, maar hij had al snel genoeg succes om het proces een jaar later te patenteren. Watt vormde een ander partnerschap met Boulton (die de financiering verstrekte) en James Keir (om het bedrijf te leiden) in een bedrijf genaamd James Watt and Co. De perfectie van de uitvinding vereiste veel meer ontwikkelingswerk voordat het routinematig door anderen kon worden gebruikt, maar dit werd uitgevoerd in de komende jaren. Boulton en Watt gaven hun aandelen op aan hun zonen in 1794. Het werd een commercieel succes en werd op grote schaal gebruikt in kantoren, zelfs tot in de twintigste eeuw.

Chemische experimenten

Al op jonge leeftijd Watt was erg geïnteresseerd in scheikunde. Eind 1786, terwijl hij in Parijs was, was hij getuige van een experiment van Berthollet waarin hij zoutzuur liet reageren met mangaandioxide om chloor te produceren. Hij had al ontdekt dat een waterige oplossing van chloor textiel kon bleken en had zijn bevindingen gepubliceerd, die grote belangstelling wekte bij veel potentiële rivalen. Toen Watt terugkeerde naar Groot-Brittannië, begon hij experimenten in deze richting in de hoop een commercieel levensvatbaar proces te vinden. Hij ontdekte dat een mengsel van zout, mangaandioxide en zwavelzuur chloor kon produceren, wat volgens Watt een goedkopere methode zou kunnen zijn. Hij liet het chloor overgaan in een zwakke alkalische oplossing en verkreeg een troebele oplossing die goede blekende eigenschappen bleek te hebben. Hij deelde deze resultaten al snel door aan James McGrigor, zijn schoonvader, die bleker was in Glasgow. Anders probeerde hij zijn methode geheim te houden.

Met McGrigor en zijn vrouw Annie begon hij het proces op te schalen, en in maart 1788 was McGrigor in staat om 1500 meter stof tot zijn tevredenheid te bleken. Rond deze tijd ontdekte Berthollet het zout- en zwavelzuurproces en publiceerde het zodat het algemeen bekend werd. Vele anderen begonnen te experimenteren met het verbeteren van het proces, dat nog steeds veel tekortkomingen had, niet de minste daarvan was het probleem van het transport van het vloeibare product. Watts rivalen haalden hem al snel in bij het ontwikkelen van het proces, en hij viel uit de race. Pas in 1799, toen Charles Tennant patenteerde op een proces voor het produceren van vast bleekpoeder (calciumhypochloriet), werd het een commercieel succes.

In 1794 was Watt door Thomas Beddoes uitgekozen om apparaten te vervaardigen om gassen te produceren, te reinigen en op te slaan voor gebruik in de nieuwe Pneumatic Institution in Hotwells in Bristol. Watt bleef enkele jaren experimenteren met verschillende gassen, maar in 1797 de medische toepassingen van de “kunstmatige lucht” waren doodgelopen.

Persoonlijkheid

Watt combineerde theoretische kennis van wetenschap met het vermogen om het praktisch toe te passen. Humphry Davy zei van hem “Degenen die James Watt alleen als een grote praktische monteur beschouwen, vormen een zeer verkeerd beeld van zijn karakterhij was even onderscheiden als natuurfilosoof en chemicus, en zijn uitvindingen tonen zijn diepgaande kennis van die wetenschappen aan, en dat eigenaardige kenmerk van genialiteit, de vereniging ervan voor praktische toepassing “.

Hij werd zeer gerespecteerd door andere vooraanstaande mannen van de industriële revolutie. Hij was een belangrijk lid van de Lunar Society en was een veelgevraagd gesprekspartner en metgezel, altijd geïnteresseerd in het verbreden van zijn horizon. Zijn persoonlijke relaties met zijn vrienden en partners waren altijd sympathiek en lang -last.

Watt was een productief correspondent. Tijdens zijn jaren in Cornwall schreef hij verschillende keren per week lange brieven aan Boulton. Hij was wars van het publiceren van zijn resultaten in bijvoorbeeld de Philosophical Transactions of the Royal Society echter, en in plaats daarvan gaf hij er de voorkeur aan zijn ideeën in octrooien te communiceren. Hij was een uitstekende tekenaar.

Hij was een nogal arme zakenman en had vooral een hekel aan onderhandelen en onderhandelen met degenen die de stoommachine wilden gebruiken. In een brief aan William Small in 1772 bekende Watt dat “hij liever een geladen kanon onder ogen zou zien dan een rekening af te rekenen of een koopje te doen.” Tot zijn pensionering maakte hij zich altijd veel zorgen over zijn financiële zaken en maakte hij zich zorgen. Zijn gezondheid was vaak slecht en hij leed regelmatig aan nerveuze hoofdpijn en depressies.

Soho Foundry

In eerste instantie maakte het partnerschap de tekening en specificaties voor de motoren en hield toezicht op de werkzaamheden om deze op het terrein van de klant te plaatsen. Ze produceerden bijna geen van de onderdelen zelf. Watt deed het meeste van zijn werk in zijn huis in Harpers Hill in Birmingham, terwijl Boulton in de Soho Manufactory werkte. Geleidelijk aan begonnen de partners steeds meer onderdelen te vervaardigen, en tegen 1795 kochten ze een pand ongeveer anderhalve kilometer verderop. van de Soho-fabriek, aan de oevers van het Birmingham Canal, om een nieuwe gieterij op te richten voor de fabricage van de motoren. De Soho Foundry werd formeel geopend in 1796 in een tijd dat Watts zonen, Gregory en James Jr. nauw betrokken waren bij het beheer van de onderneming. In 1800, het jaar waarin Watt met pensioen ging, maakte het bedrijf in totaal 41 motoren.

Latere jaren

Watt ging in 1800 met pensioen, hetzelfde jaar dat zijn fundamentele patent en partnerschap met Boulton De beroemde samenwerking werd overgedragen aan de zonen van de mannen, Matthew Robinson Boulton en James Watt Jr. William Murdoch, die al jarenlang ingenieur van de firma was, werd al snel partner en de firma bloeide.

Watt bleef andere uitvinden dingen voor en tijdens zijn semi-pensionering. In zijn huis in Handsworth, Staffordshire, maakte Watt gebruik van een zolderkamer als werkplaats, en het was hier dat hij aan veel van zijn uitvindingen werkte. Hij bedacht en construeerde onder meer verschillende machines voor het kopiëren van sculpturen en medaillons die heel goed werkten, maar waarop hij nooit patenteerde. Een van de eerste sculpturen die hij met de machine maakte, was een klein hoofd van zijn oude professor-vriend Adam Smith. Hij behield zijn interesse in civiele techniek en was adviseur bij verschillende belangrijke projecten. Hij stelde bijvoorbeeld een methode voor om een flexibele buis aan te leggen om water onder de Clyde in Glasgow te pompen.

Hij en zijn tweede vrouw reisden naar Frankrijk en Duitsland en kocht halverwege een landgoed. -Wales bij Doldowlod House, anderhalve kilometer ten zuiden van Llanwrthwl, waar hij sterk verbeterde.

In 1816 maakte hij een tocht op de raderstoomboot Comet, een product van zijn uitvindingen, om zijn geboorteplaats Greenock opnieuw te bezoeken. .

Hij stierf op 25 augustus 1819 in zijn huis “Heathfield Hall” nabij Handsworth in Staffordshire (nu onderdeel van Birmingham) op 83-jarige leeftijd. Hij werd op 2 september begraven op het kerkhof van St Mary “. s Church, Handsworth De kerk is sindsdien uitgebreid en zijn graf bevindt zich nu in de kerk.