James Watt (Română)

Când avea 18 ani, mama sa a murit, iar sănătatea tatălui său a început să cedeze. Watt a călătorit la Londra și a reușit să obțină o perioadă de pregătire ca producător de instrumente timp de un an (1755/56) , apoi s-a întors în Scoția, stabilindu-se în marele oraș comercial Glasgow, cu intenția de a-și înființa propria afacere de fabricare a instrumentelor. Era încă foarte tânăr și nu avea un ucenic complet, nu avea legăturile obișnuite prin intermediul unui fost maestru pentru a se stabili ca producător de instrumente de călătorie.

Watt a fost salvat de acest impas prin sosirea din Jamaica a instrumentelor astronomice moștenite de Alexander Macfarlane la Universitatea din Glasgow, instrumente care au necesitat atenție de specialitate. Watt le-a readus la stare de funcționare și a fost remunerat. Aceste instrumente au fost instalate în cele din urmă în Observatorul Macfarlane. Ulterior, trei profesori i-au oferit posibilitatea de a înființa un mic atelier în cadrul universității. A fost inițiat în 1757 și doi dintre profesori, fizicianul și chimistul Joseph Black, precum și faimosul Adam Smith, au devenit prietenii lui Watt.

La început a lucrat la întreținerea și repararea instrumentelor științifice utilizate în universitatea, ajutând la demonstrații și extinzând producția de cadrane. A realizat și a reparat cadrane reflectante din alamă, rigle paralele, cântare, piese pentru telescoape și barometre, printre altele.

Uneori este afirmat în mod fals că s-a străduit să se stabilească la Glasgow din cauza opoziției din partea Trades House, dar acest mit a fost dezvăluit cu desăvârșire de istoricul Lumsden. Înregistrările din această perioadă sunt pierdute, dar se știe că a fost capabil să lucreze și să tranzacționeze complet normal în calitate de muncitor calificat al metalelor, încorporarea Hammermen trebuie să fi fost mulțumită că îndeplinește cerințele lor de membru. Se știe, de asemenea, că alți oameni din meserii metalice au fost urmăriți pentru a lucra fără a fi membri ai E încorporare până în secolul al XIX-lea, astfel încât regulile erau aplicate cu siguranță atunci când Watt tranzacționa în mod liber în tot orașul.

În 1759 a format un parteneriat cu John Craig, arhitect și om de afaceri, pentru a fabrica și vinde o linie de produse, inclusiv instrumente muzicale și jucării. Acest parteneriat a durat în următorii șase ani și a angajat până la șaisprezece muncitori. Craig a murit în 1765. Un angajat, Alex Gardner, a preluat în cele din urmă afacerea, care a durat până în secolul al XX-lea.

În 1764, Watt s-a căsătorit cu verișoara sa Margaret (Peggy) Miller, cu care a avut cinci copii. , dintre care doi au trăit până la maturitate: James Jr. (1769–1848) și Margaret (1767–1796). Soția sa a murit la naștere în 1772. În 1777 s-a căsătorit din nou, cu Ann MacGregor, fiica unui vopsitor din Glasgow, cu care a avut doi copii: Gregory (1777-1804), care a devenit geolog și mineralog, și Janet (1779–1794). Ann a murit în 1832. Între 1777 și 1790 a locuit în Regent Place, Birmingham.

Watt și ceainicul

Există o poveste populară pe care Watt a fost inspirat să inventeze mașina cu aburi văzând un fierbător fierbând, aburul forțând capacul să se ridice și arătând astfel lui Watt puterea aburului. Această poveste este spusă în mai multe forme; în unele Watt este un băiat tânăr, în altele este mai în vârstă, uneori este ceainicul mamei sale, uneori mătușa lui. Watt nu a inventat de fapt mașina cu aburi, așa cum sugerează povestea, dar a îmbunătățit dramatic eficiența motorul Newcomen existent prin adăugarea unui condensator separat. Acest lucru este dificil de explicat cuiva care nu este familiarizat cu conceptele de eficiență termică și termică. Se pare că povestea a fost creată, probabil de fiul lui Watt James Watt Jr. și persistă deoarece este ușor pentru copii să înțeleagă și să-și amintească. În această lumină, poate fi văzut ca fiind asemănător cu povestea lui Isaac Newton și a mărului care cade și a descoperirii gravitației sale.

Deși este adesea respinsă ca un mit, povestea lui Watt și ceainic are o de fapt. În încercarea de a înțelege termodinamica căldurii și a aburului, James Watt a efectuat numeroase experimente de laborator, iar jurnalele sale consemnează că, în efectuarea acestora, a folosit un ceainic ca cazan pentru a genera abur.

Experimente timpurii cu abur

În 1759, prietenul lui Watt, John Robison, și-a atras atenția asupra utilizării aburului ca sursă de putere motrice.Designul motorului Newcomen, utilizat de aproape 50 de ani pentru pomparea apei din mine, abia s-a schimbat de la prima sa implementare. Watt a început să experimenteze cu abur, deși nu văzuse niciodată un motor cu aburi care funcționa. A încercat să construiască un model; nu a funcționat satisfăcător, dar și-a continuat experimentele și a început să citească tot ce putea despre subiect. El a ajuns să-și dea seama de importanța căldurii latente – energia termică eliberată sau absorbită în timpul unui proces de temperatură constantă – în înțelegerea motorului, pe care, necunoscut lui Watt, prietenul său Joseph Black îl descoperise anterior cu câțiva ani înainte. Înțelegerea motorului cu aburi a fost într-o stare foarte primitivă, deoarece știința termodinamicii nu ar fi oficializată timp de încă 100 de ani.

În 1763, lui Watt i s-a cerut să repare un model Newcomen de motor care aparține universității. . Chiar și după reparații, motorul abia a funcționat. După multe experimentări, Watt a demonstrat că aproximativ trei sferturi din energia termică a aburului se consuma la încălzirea cilindrului motorului la fiecare ciclu. Această energie a fost irosită deoarece mai târziu în ciclu a fost injectată apă rece în cilindru pentru a condensa aburul pentru a-și reduce presiunea. Astfel, încălzind și răcind cilindrul în mod repetat, motorul a irosit cea mai mare parte a energiei sale termice, mai degrabă decât să-l transforme în energie mecanică.

Înțelegerea critică a lui Watt, ajunsă în mai 1765, avea să provoace aburul se condensează într-o cameră separată, în afară de piston, și pentru a menține temperatura cilindrului la aceeași temperatură cu aburul injectat, înconjurându-l cu o „manta de abur.” Astfel, cilindrul a absorbit foarte puțină energie la fiecare ciclu, făcând mai disponibil pentru a efectua lucrări utile. Watt a avut un model de lucru mai târziu în același an.

În ciuda unui design potențial funcțional, au existat încă dificultăți substanțiale în construirea unui motor pe scară largă. apital, dintre care unele provin de la Black. Un sprijin mai substanțial a venit de la John Roebuck, fondatorul celebrului Carron Iron Works de lângă Falkirk, cu care a format acum un parteneriat. Roebuck a locuit la Kinneil House din Bo „ness, timp în care Watt a lucrat la perfecționarea motorului cu aburi într-o cabană adiacentă casei. Cochilia cabanei și o parte foarte mare a unuia dintre proiectele sale există încă în spate. .

Principala dificultate a fost în prelucrarea pistonului și a cilindrului. Muncitorii din fier ai zilei erau mai mult ca fierari decât mașiniștii moderni și nu au putut produce componentele cu o precizie suficientă. S-a cheltuit mult capital în urmărirea unui brevet de invenție al lui Watt. Înlăturat pentru resurse, Watt a fost forțat să se angajeze – mai întâi ca topograf, apoi ca inginer civil – timp de opt ani.

Roebuck a dat faliment și Matthew Boulton, care deținea lucrările Soho Manufactory lângă Birmingham , și-a dobândit drepturile de brevet. O extindere a brevetului până la 1800 a fost obținută cu succes în 1775.

Prin Boulton, Watt a avut în cele din urmă acces la unii dintre cei mai buni lucrători ai fierului din lume. Dificultatea fabricării unui cilindru mare cu un piston bine fixat a fost rezolvată de John Wilkinson, care dezvoltase tehnici de foraj de precizie pentru fabricarea tunurilor la Bersham, lângă Wrexham, în nordul Țării Galilor. Watt și Boulton au format un parteneriat de mare succes, Boulton și Watt, care a durat următorii douăzeci și cinci de ani.

Primele motoare

În 1776, primele motoare au fost instalate și funcționează în întreprinderi comerciale. Aceste prime motoare au fost utilizate pentru alimentarea pompelor și au produs doar mișcare alternativă pentru a muta tijele pompei în partea inferioară a arborelui. Proiectarea a avut succes comercial și, în următorii cinci ani, Watt a fost foarte ocupat cu instalarea mai multor motoare, mai ales în Cornwall pentru pomparea apei din mine.

Aceste motoare timpurii nu au fost fabricate de Boulton și Watt, ci au fost realizate de alții conform desenelor realizate de Watt, care a îndeplinit rolul de inginer consultant. Montarea motorului și scuturarea acestuia au fost supravegheate de Watt, la început, și apoi de bărbații care lucrează la firmă. Acestea erau mașini mari. Primul, de exemplu, avea un cilindru cu un diametru de aproximativ 50 inci și un Boulton și Watt au perceput o plată anuală, egală cu o treime din valoarea cărbunelui economisit în comparație cu un motor Newcomen care efectuează aceeași lucrare.

Domeniul de aplicare pentru invenție a fost larg lărgit atunci când Boulton a cerut lui Watt să convertească mișcarea alternativă a pistonului pentru a produce putere de rotație pentru măcinare, țesut și frezare. Deși o manivelă părea soluția evidentă pentru conversie, Watt și Boulton au fost împiedicați de un brevet pentru acest lucru, al cărui titular, James Pickard și asociații săi au propus licențierea încrucișată a condensatorului extern. Watt s-a opus cu fermitate acestui lucru și au eludat brevetul prin uneltele lor solare și planetare în 1781.

În următorii șase ani, el a făcut o serie de alte îmbunătățiri și modificări ale motorului cu aburi. Un motor cu acțiune dublă, în care aburul acționa alternativ pe cele două părți ale pistonului era unul. El a descris metodele de lucru a aburului „expansiv” (adică, folosirea aburului la presiuni mult peste atmosferă). A fost descris un motor compus, care a conectat două sau mai multe motoare. Au fost acordate încă două brevete pentru acestea în 1781 și 1782. Numeroase alte îmbunătățiri care au facilitat fabricarea și instalarea au fost puse în aplicare în mod continuu. Unul dintre acestea a inclus utilizarea indicatorului de abur care a produs un grafic informativ al presiunii din cilindru în raport cu volumul acestuia, pe care l-a păstrat ca secret comercial. O altă invenție importantă, de care Watt a fost cel mai mândru, a fost mișcarea paralelă, care era esențială în motoarele cu acțiune dublă, deoarece a produs mișcarea în linie dreaptă necesară pentru tija cilindrului și pompa, din fasciculul oscilant conectat, al cărui capăt se mișcă într-un arc de cerc. Acest lucru a fost brevetat în 1784. O supapă de accelerație pentru a controla puterea motorului și un regulator centrifugal, brevetat în 1788, pentru al împiedica să „fugă” erau foarte importante. Aceste îmbunătățiri luate împreună au produs un motor care a fost de până la cinci ori mai eficient în utilizarea combustibilului decât motorul Newcomen.

Datorită pericolului exploziei cazanelor, care se aflau într-un stadiu de dezvoltare foarte primitiv, și problemele în curs cu scurgerile, Watt și-a restricționat utilizarea aburului de înaltă presiune – toate motoarele sale foloseau abur la presiune atmosferică apropiată.

Încercări de brevet

Edward Bull a început să construiască motoare pentru Boulton și Watt în Cornwall în 1781. Până în 1792 începuse să producă motoare cu design propriu, dar care conțineau un condensator separat, și astfel încălcau brevetele lui Watt. Doi frați, Jabez Carter Hornblower și Jonathan Hornblower Jnr au început, de asemenea, să construiască motoare cam în același timp. Alții au început să modifice motoarele Newcomen prin adăugarea unui condensator, iar proprietarii de mine din Cornwall au devenit convinși că brevetul lui Watt nu poate fi pus în aplicare. Au început să rețină plățile datorate Boulton și Watt, care până în 1795 scăzuseră. Din totalul £ 21.000 (echivalentul a 2.190.000 de lire sterline din 2019) datorate, au fost primite doar 2.500 de lire sterline. Watt a fost obligat să meargă în instanță pentru a-și executa creanțele.

El a dat în judecată Bull pentru prima dată în 1793. Juriul a constatat pentru Watt , dar întrebarea dacă specificația inițială a brevetului a fost sau nu validă a fost lăsată la un alt proces. Între timp, au fost emise măsuri împotriva contravenienților, obligându-le să plătească drepturile de autor pentru a fi plasate în garanție. valabilitatea specificațiilor care a avut loc în anul următor a fost neconcludentă, dar cererile au rămas în vigoare și contravenienții, cu excepția lui Jonathan Hornblower, au început să își soluționeze cazurile. Hornblower a fost în curând adus în judecată și verdictul celor patru judecători. (în 1799) a fost decisiv în favoarea lui Watt. Prietenul lor John Wilkinson, care rezolvase problema plictisirii unui cilindru precis, a fost un caz deosebit de grav. Construise vreo douăzeci de motoare fără cunoștințele lui Boulton „s și Watts”. În sfârșit, au fost de acord să soluționeze încălcarea în 1796. Boulton și Watt nu au colectat niciodată tot ceea ce li se datora, dar disputele au fost soluționate direct între părți sau prin arbitraj. Aceste studii au fost extrem de costisitoare atât în bani, cât și în timp, dar în cele din urmă au avut succes pentru firmă.

Mașină de copiat

Înainte de 1780 nu exista nimic bun metoda de a face copii de scrisori sau desene. Singura metodă utilizată uneori a fost una mecanică folosind pixuri multiple conectate. Watt a experimentat la început îmbunătățirea acestei metode, dar în curând a renunțat la această abordare, deoarece era atât de greoaie. În schimb, el a decis să încerce să transfere fizic niște cerneală din partea din față a originalului în partea din spate a altei foi, umezită cu un solvent și presată pe original. Cea de-a doua foaie trebuia să fie subțire, astfel încât cerneala să poată fi văzută prin ea atunci când copia era ținută până la lumină, reproducând astfel exact originalul.

Watt a început să dezvolte procesul în 1779 și a făcut multe experimente pentru a formula cerneala, pentru a selecta hârtia subțire, pentru a concepe o metodă pentru umectarea hârtiei subțiri speciale și pentru a face o presă potrivită pentru aplicarea presiunea corectă pentru a efectua transferul. Toate acestea au necesitat multă experimentare, dar în curând a avut suficient succes pentru a breveta procesul un an mai târziu. Watt a format un alt parteneriat cu Boulton (care a furnizat finanțare) și James Keir (pentru a gestiona afacerea) într-o firmă numită James Watt and Co. Perfecțiunea invenției a necesitat mult mai multă muncă de dezvoltare înainte ca aceasta să poată fi utilizată în mod obișnuit de către alții, dar acest lucru a fost efectuat în următorii câțiva ani. Boulton și Watt au renunțat la acțiunile lor pentru fiii lor în 1794. A devenit un succes comercial și a fost utilizat pe scară largă în birouri chiar și în secolul al XX-lea.

Experimente chimice

De la o vârstă fragedă Watt era foarte interesat de chimie. La sfârșitul anului 1786, în timp ce se afla la Paris, a asistat la un experiment realizat de Berthollet în care a reacționat cu acid clorhidric cu dioxid de mangan pentru a produce clor. El a constatat deja că o soluție apoasă de clor ar putea înălbi materialele textile și și-a publicat concluziile, care au trezit un mare interes în rândul multor potențiali rivali. Când Watt s-a întors în Marea Britanie, el a început experimente în acest sens cu speranța de a găsi un proces viabil din punct de vedere comercial. El a descoperit că un amestec de sare, dioxid de mangan și acid sulfuric ar putea produce clor, ceea ce Watt credea că ar putea fi o metodă mai ieftină. A trecut clorul într-o soluție slabă de alcalin și a obținut o soluție tulbure care părea să aibă proprietăți bune de albire. Curând i-a comunicat aceste rezultate lui James McGrigor, socrul său, care era un grader la Glasgow. În caz contrar, a încercat să-și păstreze metoda secretă.

Cu McGrigor și soția sa Annie, a început să mărească procesul, iar în martie 1788, McGrigor a reușit să decoloreze 1500 de metri de pânză spre satisfacția sa. Cam în această perioadă, Berthollet a descoperit procesul de sare și acid sulfuric și l-a publicat, astfel încât a devenit public. Mulți alții au început să experimenteze îmbunătățirea procesului, care avea încă multe neajunsuri, dintre care problema transportării produsului lichid. Rivalii lui Watt l-au depășit curând în dezvoltarea procesului și a renunțat la cursă. Abia în 1799, când Charles Tennant a brevetat un proces de producere a pulberii solide de albire (hipoclorit de calciu), a devenit un succes comercial.

Până în 1794, Thomas Beddoes a ales Watt pentru a produce aparate pentru a produce, curăța și depozita gaze pentru a fi utilizate în noua instituție pneumatică de la Hotwells din Bristol. Watt a continuat să experimenteze diferite gaze timp de câțiva ani, dar până în 1797 utilizările medicale pentru „aerurile factice” ajunseseră într-un punct mort.

Personalitate

Watt a combinat cunoștințele teoretice ale științei cu capacitatea de a le aplica practic. Humphry Davy a spus din el „Cei care îl consideră pe James Watt doar ca un mare mecanic practic formează o idee foarte eronată a caracterului său ; a fost la fel de distins ca filozof natural și chimist, iar invențiile sale demonstrează cunoștințele sale profunde despre aceste științe și acea caracteristică particulară a geniului, unirea lor pentru aplicare practică „.

El a fost foarte respectat de către alți oameni de seamă ai Revoluției Industriale. El a fost un membru important al Societății Lunare și a fost un conversațional și un tovarăș foarte căutat, mereu interesat să-și extindă orizontul. Relațiile sale personale cu prietenii și partenerii săi au fost întotdeauna congeniale și lungi -lasting.

Watt a fost un corespondent prolific. În anii petrecuți în Cornwall, a scris scrisori lungi către Boulton de mai multe ori pe săptămână. A fost contrar publicării rezultatelor sale, de exemplu, în Tranzacțiile filozofice ale Royal Society, cu toate acestea, a preferat să-și comunice ideile prin brevete. El a fost un excelent desenator.

Era un om de afaceri destul de sărac și ura în special condițiile de negociere și negociere cu cei care au căutat să folosească motorul cu aburi. Într-o scrisoare adresată lui William Small în 1772, Watt a mărturisit că „ar prefera să se confrunte cu un tun încărcat decât să deconteze un cont sau să facă un târg”. Până să se retragă, a fost întotdeauna foarte preocupat de afacerile sale financiare și a fost ceva mai îngrijorător. Sănătatea lui era deseori slabă și suferea frecvent de dureri de cap nervoase și depresie.

Soho Foundry

La început parteneriatul a realizat desenul și specificațiile motoarelor și a supravegheat lucrările pentru a le ridica pe proprietatea clienților. Nu au produs aproape nici una dintre piese. Watt și-a făcut cea mai mare parte a muncii sale acasă la Harper „s Hill din Birmingham, în timp ce Boulton a lucrat la Soho Manufactory. Treptat, partenerii au început să fabrice din ce în ce mai multe piese, iar până în 1795 au cumpărat o proprietate la aproximativ o milă distanță. de la fabrica Soho, pe malul Canalului Birmingham, pentru a înființa o nouă turnătorie pentru fabricarea motoarelor. Soho Foundry s-a deschis oficial în 1796, într-un moment în care fiii lui Watt, Gregory și James Jr. conducerea întreprinderii. În 1800, anul retragerii lui Watt, firma a realizat în total 41 de motoare.

Anii următori

Watt s-a retras în 1800, același an în care brevetul său fundamental și parteneriatul cu Boulton Celebrul parteneriat a fost transferat fiilor bărbaților, Matthew Robinson Boulton și James Watt Jr. Inginerul de multă vreme William Murdoch a devenit în scurt timp partener și firma a prosperat.

Watt a continuat să inventeze alte lucruri înainte și în timpul semi-pensionării sale. În casa sa din Handsworth, Staffordshire, Watt a folosit o cameră de mansardă ca atelier și a lucrat aici la multe dintre invențiile sale. Printre altele, a inventat și a construit mai multe mașini de copiat sculpturi și medalioane care au funcționat foarte bine, dar pe care nu le-a brevetat niciodată. Una dintre primele sculpturi pe care le-a produs cu mașina a fost un mic cap al vechiului său prieten Adam Smith. Și-a menținut interesul pentru ingineria civilă și a fost consultant în mai multe proiecte semnificative. El a propus, de exemplu, o metodă pentru construirea unei țevi flexibile care să fie utilizată pentru pomparea apei sub Clyde la Glasgow.

El și cea de-a doua soție au călătorit în Franța și Germania și a cumpărat o moșie la mijlocul – Țara Galilor la Doldowlod House, la o milă sud de Llanwrthwl, pe care a îmbunătățit-o mult.

În 1816 a făcut o călătorie cu vaporul Comet, produs al invențiilor sale, pentru a revizita orașul său natal, Greenock. .

A murit la 25 august 1819 la casa sa „Heathfield Hall” lângă Handsworth din Staffordshire (acum parte din Birmingham) la vârsta de 83 de ani. A fost înmormântat la 2 septembrie în cimitirul Sf. Maria ” Biserica, Handsworth. De atunci biserica a fost extinsă și mormântul său se află acum în interiorul bisericii.