James Watt (Svenska)

När han var 18 dog hans mor och hans fars hälsa började misslyckas. Watt reste till London och kunde få en period av utbildning som instrumenttillverkare i ett år (1755/56) , återvände sedan till Skottland och bosatte sig i den stora kommersiella staden Glasgow med avsikt att starta sin egen instrumenttillverkningsverksamhet. Han var fortfarande mycket ung och hade inte full lärlingsutbildning hade inte de vanliga kontakterna via en tidigare mästare som en sällskapsinstrumenttillverkare.

Watt räddades från denna återvändsgränd genom att astronomiska instrument från Jamaica anlände till Alexander Macfarlane till University of Glasgow, instrument som krävde expertinspektion. Watt återställde dem till arbetsordning och fick ersättning. Dessa instrument installerades så småningom i Macfarlane Observatory. Därefter erbjöd tre professorer honom möjlighet att inrätta en liten workshop inom universitetet. Det initierades 1757 och två av professorerna, fysikern och kemisten Joseph Black såväl som den berömda Adam Smith, blev Watts vänner.

Först arbetade han med att underhålla och reparera vetenskapliga instrument som används i universitetet, hjälpte med demonstrationer och utvidgade produktionen av kvadranter. Han tillverkade och reparerade mässing som reflekterade kvadranter, parallella linjaler, skalor, delar för teleskop och barometrar, bland annat.

Det anges ibland falskt att han kämpade för att etablera sig i Glasgow på grund av motstånd från Trades House, men denna myt har grundligt avskaffats av historikern Lumsden. Uppgifterna från denna period är förlorade men det är känt att han kunde arbeta och handla helt normalt som en skicklig metallarbetare måste Incorporation of Hammermen ha varit övertygad om att han uppfyllde deras krav på medlemskap. Det är också känt att andra människor i metallbranschen bedrevs för att arbeta utan att vara medlemmar i Införlivandet långt in på 1800-talet, så reglerna tillämpades definitivt när Watt handlade fritt i hela staden.

1759 bildade han ett partnerskap med John Craig, en arkitekt och affärsman, för att tillverka och sälja en rad produkter inklusive musikinstrument och leksaker. Detta partnerskap varade under de kommande sex åren och sysselsatte upp till sexton arbetare. Craig dog 1765. En anställd, Alex Gardner, tog slutligen över verksamheten, som varade fram till 1900-talet.

1764 gifte sig Watt med sin kusin Margaret (Peggy) Miller, med vilken han hade fem barn. , varav två levde till vuxen ålder: James Jr. (1769–1848) och Margaret (1767–1796). Hans fru dog under födseln 1772. År 1777 gifte han sig igen, med Ann MacGregor, dotter till en Glasgow-färgmakare, med vilken han fick två barn: Gregory (1777–1804), som blev geolog och mineralog och Janet (1779–1794). Ann dog 1832. Mellan 1777 och 1790 bodde han i Regent Place, Birmingham.

Watt och vattenkokaren

Det finns en populär berättelse att Watt inspirerades att uppfinna ångmotorn av ser en vattenkokare koka, ångan tvingar locket att stiga och därmed visar Watt ångans kraft. Denna historia berättas i många former; i vissa är Watt en ung pojke, i andra är han äldre, ibland är det hans mors vattenkokare, ibland hans moster. Watt uppfann faktiskt inte ångmotorn, som historien antyder, men förbättrade dramatiskt effektiviteten hos den befintliga Newcomen-motorn genom att lägga till en separat kondensor. Det är svårt att förklara för någon som inte känner till begreppen värme och värmeeffektivitet. Det verkar som om historien skapades, möjligen av Watt son James Watt Jr., och fortsätter för att den är lätt för barn att förstå och komma ihåg. I detta ljus kan det ses som liknar historien om Isaac Newton och det fallande äpplet och hans upptäckt av gravitation.

Även om det ofta avfärdas som en myt, har historien om Watt och vattenkokaren en faktiskt. I försöket att förstå värme- och ångans termodynamik utförde James Watt många laboratorieexperiment och hans dagböcker visar att han vid genomförandet av dessa använde en vattenkokare som en panna för att generera ånga.

Tidiga experiment med ånga

1759 Watts vän John Robison uppmärksammade användningen av ånga som en källa till drivkraft.Utformningen av Newcomen-motorn, som använts i nästan 50 år för att pumpa vatten från gruvor, hade knappast förändrats från den första implementeringen. Watt började experimentera med ånga, fast han aldrig sett en fungerande ångmotor. Han försökte konstruera en modell; det gick inte att fungera tillfredsställande, men han fortsatte sina experiment och började läsa allt han kunde om ämnet. Han insåg vikten av latent värme – den termiska energi som frigörs eller absorberas under en konstant temperaturprocess – för att förstå motorn, som, okänt för Watt, hans vän Joseph Black tidigare hade upptäckt några år tidigare. Förståelsen av ångmotorn var i ett mycket primitivt tillstånd, för vetenskapen om termodynamik skulle inte formaliseras på nästan ytterligare 100 år.

År 1763 ombads Watt att reparera en modell Newcomen-motor som tillhör universitetet . Även efter reparation fungerade motorn knappt. Efter mycket experiment visade Watt att ungefär tre fjärdedelar av ångans termiska energi förbrukades vid uppvärmning av motorcylindern vid varje cykel. Denna energi slösades bort eftersom det senare under cykeln injicerades kallt vatten i cylindern för att kondensera ångan för att minska trycket. Genom att uppvärma och kyla cylindern upprepade gånger slösade motorn ut det mesta av sin värmeenergi snarare än att omvandla den till mekanisk energi.

Watts kritiska insikt, som kom fram i maj 1765, var att få ångan att kondensera i en separat kammare bortsett från kolven, och för att hålla temperaturen på cylindern vid samma temperatur som den injicerade ångan genom att omge den med en ”ångmantel.” Så mycket liten energi absorberades av cylindern vid varje cykel, vilket mer tillgängligt för att utföra användbart arbete. Watt hade en arbetsmodell senare samma år.

Trots en potentiellt fungerande konstruktion fanns det fortfarande stora svårigheter att konstruera en fullskalig motor. Detta krävde mer apital, varav några kom från Black. Mer omfattande stöd kom från John Roebuck, grundaren av det berömda Carron Iron Works nära Falkirk, med vilket han nu bildade ett partnerskap. Roebuck bodde vid Kinneil House i Bo ”ness, under vilken tid Watt arbetade med att perfektionera sin ångmotor i en stuga intill huset. Stugans skal och en mycket stor del av ett av hans projekt finns fortfarande bakifrån. .

Den största svårigheten var att bearbeta kolven och cylindern. Dagens järnarbetare var mer som smeder än moderna maskinister och kunde inte producera komponenterna med tillräcklig precision. Mycket kapital spenderades för att driva en patent på Watts uppfinning. Med tanke på resurser tvingades Watt att ta anställning – först som lantmätare, sedan som civilingenjör – i åtta år.

Roebuck gick i konkurs och Matthew Boulton, som ägde Soho Manufactory-fabriken nära Birmingham. , förvärvade sina patenträttigheter. En förlängning av patentet till 1800 erhölls framgångsrikt 1775.

Genom Boulton fick Watt äntligen tillgång till några av de bästa järnarbetarna i världen. Svårigheten med att tillverka en stor cylinder med en tätt passande kolv löstes av John Wilkinson, som hade utvecklat precisionsborrningstekniker för kanontillverkning i Bersham, nära Wrexham, norra Wales. Watt och Boulton bildade ett mycket framgångsrikt partnerskap, Boulton och Watt, som varade under de närmaste tjugofem åren.

Första motorerna

1776 installerades de första motorerna och fungerade i kommersiella företag. Dessa första motorer användes för att driva pumpar och producerade endast en fram- och återgående rörelse för att flytta pumpstavarna längst ner på axeln. Designen var kommersiellt framgångsrik och under de kommande fem åren var Watt mycket upptagen med att installera fler motorer, mestadels i Cornwall för att pumpa vatten ur gruvor.

Dessa tidiga motorer tillverkades inte av Boulton och Watt, men var gjord av andra enligt ritningar från Watt, som tjänstgjorde i rollen som rådgivande ingenjör. Uppförandet av motorn och dess skakning övervakades först av Watt och sedan av män i företagets anställning. Dessa var stora maskiner. Den första hade till exempel en cylinder med en diameter på cirka 50 tum och en totala höjden på cirka 24 fot, och krävde byggandet av en särskild byggnad för att hysa den. Boulton och Watt debiterade en årlig betalning, motsvarande en tredjedel av värdet av det sparade kolet jämfört med en Newcomen-motor som utför samma arbete.

Tillämpningsområdet för uppfinningen utvidgades kraftigt när Boulton uppmanade Watt att omvandla kolvens fram- och återgående rörelse för att producera rotationseffekt för slipning, vävning och fräsning. Även om en vev tycktes vara den uppenbara lösningen på omvandlingen, blev Watt och Boulton imponerade av ett patent för detta, vars innehavare, James Pickard, och medarbetare föreslog att korslicensera den externa kondensorn. Watt motsatte sig kraftigt detta och de kringgick patentet med deras sol- och planetutrustning 1781.

Under de kommande sex åren gjorde han ett antal andra förbättringar och modifieringar av ångmotorn. En dubbelverkande motor, där ångan växlade växelvis på kolvens båda sidor var en. Han beskrev metoder för att bearbeta ångan ”expansivt” (dvs. använda ånga vid tryck långt över atmosfären). En sammansatt motor som kopplade ihop två eller flera motorer beskrevs. Ytterligare två patent beviljades för dessa 1781 och 1782. Många andra förbättringar som gjorde det lättare att tillverka och installera genomfördes kontinuerligt. En av dessa inkluderade användningen av ångindikatorn som gav ett informativt diagram över trycket i cylindern mot dess volym, vilket han behöll som en affärshemlighet. En annan viktig uppfinning, en som Watt var mest stolt över, var den parallella rörelsen som var väsentlig i dubbelverkande motorer eftersom den producerade den rätlinjiga rörelsen som krävs för cylinderstången och pumpen från den anslutna gungbalken vars ände rör sig cirkelbåge. Detta patenterades 1784. En gasreglerventil för att styra motorns kraft och en centrifugalregulator, patenterad 1788, för att hindra den från att ”springa iväg” var mycket viktigt. Dessa förbättringar tillsammans skapade en motor som var upp till fem gånger så effektiv i sin användning av bränsle som Newcomen-motorn.

På grund av risken för att explodera pannor, som befann sig i ett mycket primitivt utvecklingsstadium, och de pågående problemen med läckor begränsade Watt sin användning av högtrycksånga – alla hans motorer använde ånga med nästan atmosfärstryck.

Patentförsök

Edward Bull började bygga motorer för Boulton och Watt i Cornwall 1781. År 1792 hade han börjat tillverka motorer av sin egen design, men som innehöll en separat kondensor, och så överträdde Watt patent. Två bröder, Jabez Carter Hornblower och Jonathan Hornblower Jnr, började också bygga motorer ungefär samma tid. Andra började modifiera Newcomen-motorerna genom att lägga till en kondensor, och gruvaägarna i Cornwall blev övertygade om att Watt patent inte kunde genomföras. De började hålla inne betalningar på grund av Boulton och Watt, som 1795 hade fallit. Av de totala £ 21 000 (motsvarande 2190 000 £ från och med 2019) skyldig, hade endast 2500 £ mottagits. Watt tvingades gå till domstol för att verkställa sina fordringar.

Han stämde först Bull 1793. Juryn fann för Watt , men frågan om huruvida den ursprungliga specifikationen av patentet var giltig eller inte överlämnades till en annan rättegång. Under tiden utfärdades förelägganden mot överträdarna, vilket tvingade deras betalningar av royalties att placeras i deponering. Rättegången för att bestämma giltigheten för specifikationerna som hölls året därpå var ofullständig, men föreläggandena förblev i kraft och överträdarna, förutom Jonathan Hornblower, började alla lösa sina fall. Hornblower fördes snart till rättegång och dom från de fyra domarna (1799) var avgörande till förmån för Watt. Deras vän John Wilkinson, som hade löst problemet med att tråkiga en exakt cylinder, var ett särskilt allvarligt fall. Han hade ställt upp ett tjugotal motorer utan Boultons och Watts-kunskap. De kom slutligen överens om att lösa överträdelsen 1796. Boulton och Watt samlade aldrig allt som var skyldig dem, men alla tvister löstes direkt mellan parterna eller genom skiljedom. Dessa prövningar var extremt kostsamma både i pengar och tid, men lyckades i slutändan för företaget.

Kopieringsmaskin

Före 1780 fanns det inget gott metod för att göra kopior av brev eller ritningar. Den enda metoden som ibland användes var en mekanisk metod med länkade flera pennor. Watt experimenterade först med att förbättra den här metoden, men gav snart upp den här metoden för att den var så besvärlig. Han bestämde sig istället för att fysiskt försöka överföra lite bläck från originalets framsida till baksidan av ett annat ark, fuktat med ett lösningsmedel och tryckte på originalet. Det andra arket måste vara tunt, så att bläcket kunde ses genom det när kopian hölls upp mot ljuset och därmed återge originalet exakt.

Watt började utveckla processen 1779 och gjorde många experiment för att formulera bläcket, välja tunt papper, för att ta fram en metod för att väta det speciella tunna papperet och för att göra en press lämplig för applicering av korrekt tryck för att genomföra överföringen. Alla dessa krävde mycket experiment, men han hade snart tillräcklig framgång för att patenta processen ett år senare. Watt bildade ytterligare ett partnerskap med Boulton (som tillhandahöll finansiering) och James Keir (för att leda verksamheten) i ett företag som heter James Watt och Co. Uppfyllelsen av uppfinningen krävde mycket mer utvecklingsarbete innan det kunde användas rutinmässigt av andra, men detta genomfördes under de närmaste åren. Boulton och Watt gav upp sina aktier till sina söner 1794. Det blev en kommersiell framgång och användes ofta på kontor även under 1900-talet.

Kemiska experiment

Från en tidig ålder Watt var mycket intresserad av kemi. I slutet av 1786, medan han var i Paris, bevittnade han ett experiment av Berthollet där han reagerade klorvätesyra med mangandioxid för att producera klor. Han hade redan funnit att en vattenlösning av klor kunde bleka textilier och hade publicerat sina fynd, som väckte stort intresse bland många potentiella rivaler. När Watt återvände till Storbritannien började han experimentera i denna riktning med hopp om att hitta en kommersiellt livskraftig process. Han upptäckte att en blandning av salt, mangandioxid och svavelsyra kunde producera klor, vilket Watt trodde kunde vara en billigare metod. Han ledde kloren i en svag lösning av alkali och fick en grumlig lösning som tycktes ha goda blekningsegenskaper. Han meddelade snart dessa resultat till James McGrigor, hans svärfar, som var blekare i Glasgow. Annars försökte han hålla sin metod hemlig.

Med McGrigor och hans fru Annie började han skala upp processen, och i mars 1788 kunde McGrigor bleka 1500 meter tyg till sin tillfredsställelse. Vid denna tidpunkt upptäckte Berthollet salt- och svavelsyraprocessen och publicerade den så att den blev allmänt känd. Många andra började experimentera med att förbättra processen, som fortfarande hade många brister, inte minst problemet med att transportera den flytande produkten. Watts rivaler tog snart över honom när han utvecklade processen, och han hoppade av loppet. Det var inte förrän 1799, då Charles Tennant patenterade en process för framställning av fast blekpulver (kalciumhypoklorit) att det blev en kommersiell framgång.

År 1794 hade Watt valt av Thomas Beddoes för att tillverka apparater för att producera, rengöra och lagra gaser för användning i den nya Pneumatic Institution at Hotwells i Bristol. Watt fortsatte att experimentera med olika gaser under flera år, men 1797 de medicinska användningsområdena för ”factitious airs” hade kommit till en återvändsgränd.

Personlighet

Watt kombinerade teoretisk kunskap om vetenskap med förmågan att tillämpa den praktiskt. Humphry Davy sa av honom ”De som bara anser James Watt som en stor praktisk mekaniker utgör en mycket felaktig uppfattning om hans karaktär ; Han utmärkte sig lika mycket som en naturfilosof och kemist, och hans uppfinningar visar hans djupa kunskaper om dessa vetenskaper, och det speciella kännetecknet för geni, föreningen av dem för praktisk tillämpning ”.

Han respekterades mycket av andra framstående män i den industriella revolutionen. Han var en viktig medlem i Lunar Society och var en mycket eftertraktad konversationsman och följeslagare, alltid intresserad av att utvidga sina horisonter. Hans personliga relationer med sina vänner och partners var alltid trevliga och långa -lasting.

Watt var en produktiv korrespondent. Under sina år i Cornwall skrev han långa brev till Boulton flera gånger i veckan. Han var ovillig att publicera sina resultat i till exempel filosofiska transaktioner i Royal Society men föredrog istället att kommunicera sina idéer i patent. Han var en utmärkt föredragande.

Han var en ganska dålig affärsman och hatade särskilt förhandlingar och förhandlingsvillkor med dem som försökte använda ångmotorn. I ett brev till William Small 1772 erkände Watt att ”han hellre skulle möta en laddad kanon än att avveckla ett konto eller göra ett fynd.” Tills han gick i pension var han alltid mycket bekymrad över sina ekonomiska angelägenheter och var något av en oro. Hans hälsa var ofta dålig och han led ofta nervös huvudvärk och depression.

Soho Foundry

Först gjorde partnerskapet ritningarna och specifikationerna för motorerna och övervakade arbetet med att bygga upp det på kundens egendom. De producerade nästan ingen av delarna själva. Watt gjorde det mesta av sitt arbete i sitt hem i Harpers Hill i Birmingham, medan Boulton arbetade på Soho Manufactory. Gradvis började partnerna faktiskt tillverka mer och mer av delarna, och 1795 köpte de en fastighet cirka en mil bort från Soho-fabriken, vid stranden av Birmingham-kanalen, för att etablera ett nytt gjuteri för tillverkning av motorerna. Soho-gjuteriet öppnades formellt 1796 vid en tid då Watts söner, Gregory och James Jr. var starkt involverade i företagsledningen. År 1800, då Watt gick i pension, tillverkade företaget totalt 41 motorer.

Senare år

Watt gick i pension 1800, samma år som hans grundläggande patent och partnerskap med Boulton Det berömda partnerskapet överfördes till mäns söner, Matthew Robinson Boulton och James Watt Jr. .. Den långvariga företagsingenjören William Murdoch blev snart en partner och företaget blomstrade.

Watt fortsatte att uppfinna andra saker före och under hans halvpension. I sitt hem i Handsworth, Staffordshire, använde Watt ett garretrum som en verkstad, och det var här han arbetade med många av sina uppfinningar. Bland annat uppfann och konstruerade han flera maskiner för att kopiera skulpturer och medaljonger som fungerade mycket bra men som han aldrig patenterade. En av de första skulpturerna som han producerade med maskinen var ett litet huvud av hans gamla professorvän Adam Smith. Han behöll sitt intresse för anläggningsteknik och var konsult i flera viktiga projekt. Han föreslog till exempel en metod för att bygga ett flexibelt rör som skulle användas för att pumpa vatten under Clyde i Glasgow.

Han och hans andra fru reste till Frankrike och Tyskland, och han köpte en egendom mitt i -Wales vid Doldowlod House, en mil söder om Llanwrthwl, vilket han förbättrade mycket.

1816 tog han en resa på paddelångaren Comet, en produkt av hans uppfinningar, för att återvända till sin hemstad Greenock .

Han dog den 25 augusti 1819 i sitt hem ”Heathfield Hall” nära Handsworth i Staffordshire (nu en del av Birmingham) vid 83 års ålder. Han begravdes den 2 september på kyrkogården St Mary ” s Church, Handsworth. Kyrkan har sedan förlängts och hans grav är nu inne i kyrkan.