James Watt, moodsa aurumasina leiutaja

James Watt (19. jaanuar 1736 – 25. august 1819) oli Šoti leiutaja, insener ja keemik. Ta arendas toimiva aurumootor milles kasutati eraldi kondensaatorit; see uuendus tegi aurumasinist kasuliku tööriista paljudeks kasutusaladeks. Paljuski oli Watti leiutis või õigemini tema täiustamine varasema leiutisega, Newcomeni aurumasinaga, tehnoloogiline tõuge Tööstusrevolutsioon.

Kiired faktid: James Watt

James Watt sündis 19. jaanuaril 1736 Šotimaal Greenockis James Wattist (1699–1737) ja Agnes Muirheadist (1901–1754) ainsa ellujäänud lapsena. Greenock oli kaluriküla, millest Watt sai elu jooksul hõivatud linna, kus oli aurulaevade laevastik. James Jr vanaisa Thomas Watt (1642–1734) oli tuntud matemaatik ja kohalik koolmeister. James Sr oli Greenocki silmapaistev kodanik ning edukas puusepp ja laevaettevõtja, kes töötas laevade varustamisel ning nende instrumentide, kompasside ja kvadrandite kallal. Erinevatel aegadel oli James Sr ka linna peakohtunik ja laekur.

James Watt oli arukas, kuid halva tervise tõttu ei saanud ta regulaarselt koolis käia. Selle asemel omandas ta oskused, mida hiljem vaja oleks inseneri ja tööriistad, töötades koos isaga puusepatööde projektidel. 6. eluaastaks oli James Watt lahendanud geomeetrilisi probleeme ja viinud läbi auru olemuse varaseima uurimise, mille käigus katsetati ema teekeetjaga. Poisipõlves oli Watt innukas lugeja ja leidis igast tema kätte sattunud raamatust midagi, mis teda huvitas.

Kui Watt lõpuks külakooli saadeti, takistas ta halb tervis kiiret arengut; Alles siis, kui ta oli 13 või 14, hakkas ta ilmutama oma võimeid, eriti matemaatikas. Tema vaba aeg kulus pliiatsiga visanditele, nikerdustele ning puidu ja metalliga tööriista pinkidele töötades. Ta tegi palju geniaalseid mehaanilisi töid ja kauneid mudeleid ning nautis mereriistade parandamist.

Pärast ema surma 1754. aastal saadeti 18-aastane Watt Glasgowsse onu John Muirheadi juures kaupmeheks koolitama. Üks tema ema sugulastest oli Glasgow kolledži idamaiste keelte ja humanitaarteaduste osakonna juhataja ning Wattist sai sealse kirjandusliku seltsi liige. Ta kohtus ka teiste Glasgow teadlastega, kes osutusid tema karjääri mõjutavaks ja toetavaks: Robert Dick, loodusfilosoofia professor, Robert Simpson matemaatikas ja William Cullen meditsiinis ja keemias.

Just Dick soovitas Wattil minna Londonisse, et saada matemaatikainstrumentide valmistaja koolitus. Tutvustuskirjaga lahkus Watt 1755. aastal Londonisse ja alustas koostööd instrumendi valmistaja John Morganiga. Watt ei olnud ametlikult õpipoiss, kuid ta töötas mehaaniliste instrumentide kallal: Morgan arvas, et ta on andekas, kuid võttis töö lõpuleviimiseks liiga kaua aega. Töö Morganiga lõppes juunis 1756 ja Dick sai temast lühiajalise töö astronoomilise kella, teleskoopide ja transiidiriistade kallal töötamiseks. Watt naasis aasta lõpus Greenocki, kuid läks peagi tagasi Glasgowsse, kus ta alustas kvadrandite tegemisel väikest ettevõtet. Ta määrati matemaatikainstrumentide valmistajaks Glasgow kolledžis, teda toetasid Dicki asendaja John Anderson ning Culleni asendaja ja keemik Joseph Black (1728–1799). Blackit tuntakse kõige paremini latentsete ja spetsiifiliste soojenduste töö ning süsinikdioksiidi avastamise tõttu ning temast pidi saama Watti kindlameelne toetaja.

Aastal 1759 näitas Glasgow õpilane John Robison Watt'ile mudeli Newcomeni aurumasin ja soovitas seda kasutada vankrite liikumiseks. Newcomeni leiutas ja patenteeris 1703. aastal Thomas Newcomen (1664–1729) ja Watt hakkas ehitama miniatuursed mudelid, milles kasutatakse tina aurusilindreid ja kolvid, mis on hammasrataste abil veoratastele kinnitatud. Enda katsetes kasutas ta alguses apteekrite katsetusi ja õõnsaid keppe aurureservuaaride ja torude jaoks ning hiljem Papini kääritust ja ühist süstalt. Viimane kombinatsioon tegi mittekondenseeruva mootori, milles ta kasutas auru rõhul 15 naela ruuttolli kohta. Ventiil töötati käsitsi ja James Watt nägi, et töötava masina valmistamiseks on vaja automaatset ventiili käiku. See katse ei andnud aga praktilist tulemust ja järgmiseks mitmeks aastaks loobus ta sellest uurimistööst.

Watt püsis kolledži juures kuni 1760. aastateni, mil ta asus partnerlusesse kaupmehega, kelle nimi oli John Craig, mida osaliselt finantseeris Must. Üks nende ettevõtmine oli soola tootmine leelise abil - 18. sajandil toodi leelist ainult taimedest. Craig ja Watt olid üks paljudest inimestest, kes otsisid viisi selle keemiliseks loomiseks - jõupingutus saavutati alles 1820. aastal. Watt ja Craig töötasid ka plekk-klaasidega õlletoodete valmistamiseks välja keraamikapõletusahjude ja glasuuride jaoks.

Aastal 1764 abiellus Watt Margit Millariga, keda tuntakse Peggyna, nõbu, keda ta oli tundnud juba nende lastest saati. Neil pidi olema viis last, neist ainult kaks kuni täiskasvanuks saamiseni: 1767 sündinud Margaret ja 1769 sündinud James III, kellest täiskasvanuna saaks isa peamine tugi- ja äripartner.

Talvel 1763–1764 palus John Anderson Glasgow's Wattil parandada Newcomeni mootori mudelit. Ta suutis selle tööle panna, kuid ta oli uudishimulik, miks masin nii palju auru ja kondenseerivat vett tarbis. Watts hakkas uurima aurumasina ajalugu ja viis läbi auru omaduste eksperimentaalseid uuringuid.

Newcomeni aurumasina mudelil oli katla, mis tehti mõõtmete järgi ja ei olnud võimeline andma mootori jõustamiseks piisavalt auru. See oli umbes üheksa tolli läbimõõduga; aurusilindri läbimõõt oli kaks tolli ja sellel oli kuue tollise kolvi käik. Watt tegi uue katla, millega oli võimalik mõõta aurustunud vee kogust ja auru kondenseerumist mootori igal käigul.

Watt avastas peagi, et mootor vajab väga suure koguse vee soojendamiseks väga väikest kogust auru. Ta hakkas kohe täpsustama auru ja vee suhtelist massi aurusilindris, kui mootori allapoole tekkis kondenseerumine. James Watt tõestas iseseisvalt "varjatud kuumus, "mille avastas tema mentor ja toetaja Joseph Black. Watt läks oma uurimistööga Musta juurde, kes jagas oma teadmisi Wattiga. Watt leidis, et keemispunkt, suutis tema kondenseeriv aur kuumutada tootmiseks kasutatud vee massist kuus korda kondensatsioon.

Mõistes, et massi auru kaal on tunduvalt suurem absorbeeriv ja soojuse reservuaar kui vee jaoks nägi Watt, kui oluline on selle säästmiseks rohkem tähelepanu pöörata kui seni üritas. Alguses ta säästles katlas ja tegi puudest "kestadega" katlad, et vältida kahjumit juhtivus ja kiirgus. Samuti kasutas ta suuremat hulka lõõre, kui Newcomen pidi tagama ahjugaaside soojuse täieliku imendumise. Samuti kattis ta aurutorud mittejuhtivate materjalidega ja võttis kõik ettevaatusabinõud, et tagada soojuse täielik ärakasutamine põletamine.

Peagi avastas ta, et Newcomeni mootoris on soojuskao allikad:

• Soojuse hajumine silindri enda poolt, mis oli messingist ja oli ühtlasi hea juht ja hea radiaator.
• -. - soojuskadu, mis tuleneb ballooni jahutamise vajalikkusest igal sammul, - vaakum.
• Võimsuse vähenemine kolvi all oleva aururõhu tõttu, mis oli ebatäiusliku kondensatsioonimeetodi tagajärg.

Tema esimene katse elektrit mittejuhtivast materjalist silindri valmistamiseks tehti õlis leotatud ja seejärel küpsetatud puidust, mis suurendas auru säästlikkust. Seejärel viis ta läbi väga täpseid katseid auru temperatuuri ja rõhu kohta, mõõtes mootori igal käigul kasutatava auru kogust. Ta suutis kinnitada oma varasemat järeldust, et kolm neljandikku mootorile tarnitud soojusest läks raisku.

Pärast oma teaduslikke uuringuid töötas James Watt aurumasina täiustamisel, mõistmaks mõistvalt selle olemasolevaid defekte ja teades nende põhjust. Watt nägi varsti, et aurusilindris oleva auru töötamisel tekkivate kadude vähendamiseks oleks vaja leida viis, kuidas hoida silindrit pidevalt sama kuumaks kui sisenenud aur seda.

James Watt ütles: "Mulle tuli pähe mõte, et kuna aur on elastne keha, tormab see vaakumisse ja kui silindri ja ammendatud anuma vahel oli side, siis tormas see sinna sisse ja võib seal jahutades kondenseeruda silinder. Seejärel nägin, et joa kasutamisel tuleb mul kondenseerunud aurust ja sissepritseveest lahti saada, nagu Newcomeni mootoris. Minul tekkis sellel viisil kaks võimalust: esiteks võib vesi laskuva toru kaudu ära voolata, kui väljavooluava võib saada 35 või 36 jalga sügavusele ja õhku võib väikese pumbaga eraldada. Teine eesmärk oli teha pump piisavalt suureks, et eraldada nii vett kui õhku. "

Ta jätkas: "Analüüsides ei tundu leiutis nii suur, kui tundus. Selles olukorras, kus aurumasina leidsin, polnud eriti vaeva nähtud, et selle tööks vajalik kütusekogus takistaks igavesti selle ulatuslikku kasulikkust. Järgmine samm minu edenemises oli sama lihtne - küsida, mis oli suure kütusekulu põhjuseks. Ka seda soovitati hõlpsalt, nimelt kütuse raiskamist, mis oli vajalik kogu silindri, kolvi, ja sellega külgnevad osad vee külmusest kuni aurusoojenduseni, vähemalt 15 kuni 20 korda minutis. "

James Watt oli leiutanud oma kõige olulisema eraldi kondensaatori. Ta asus katsetama oma uut leiutist. Tema väike mudel töötas väga hästi ja vaakumi täiuslikkus oli selline, et masin tõstis 18-naelise raskuse, mis oli riputatud kolvivardast. Seejärel konstrueeris ta suurema mudeli ja selle testi tulemus kinnitas tema esimeste katsete tulemusi.

Uue aurumasina detailide väljamõtlemiseks kulus Wattil aastaid. Alustuseks pidi Watt leidma viisi, kuidas vältida kondensaatori veega täitumist. Ta proovis mitmeid lähenemisviise, sealhulgas õhupumpa, mis vabastab kondensaatori vee ja õhu, mis kogunes kondensaatorisse ja vähendas vaakumit. Järgmiseks asendas ta õli ja rasva veega, mida kasutati kolvi määrimiseks, hoides auru tihedalt ja takistades silindri jahutamist. Veel üks silindri jahtumise ja sellest tuleneva energia raiskamise põhjus oli: õhu sissepääs, mis järgis kolvi silindrile igal löögil alla, jahutades selle sisemust selle võrra kontakt. Leiutaja hoidis selle ära, kattes silindri ülaosa ja ümbritsedes kogu silindri välispinnaga korpuse või "aurutakina", mis võimaldas katlast tuleval aurul liikuda ümber aurusilindri ja vajutada katla ülemisele pinnale kolb.

Pärast oma suurema katsemootori ehitamist rentis Watt toa vanas mahajäetud suvilas. Seal töötas ta koos mehaaniku Folm Gardineriga. Watt oli just kohtunud jõuka arsti John Roebuckiga, kes oli koos teiste šoti kapitalistidega hiljuti asutanud kuulsa Carroni raudtehase. Roebuck hakkas Watti pingutusi rahaliselt toetama ja Watt kirjutas Roebuckile sageli oma edusamme kirjeldades.

Augustis 1765 proovis ta väikest mootorit ja kirjutas Roebuckile, et tal on "hea edu", ehkki masin oli väga ebatäiuslik, ning teatas Roebuckile, et ta alustab suurema mudeli tootmist. Oktoobris 1765 valmis ta suure aurumasina. Kuigi mootor oli prooviversiooniks valmis, polnud see täiuslikkusest veel kaugel. Sellegipoolest tegi see sellise toormasina jaoks head tööd.

Kahjuks vähenes James Watt 1765. aastaks vaesusesse ja pärast sõpradelt märkimisväärselt suurte summade laenamist pidi ta lõpuks oma pere ülalpidamiseks tööd otsima. Umbes kaheaastase ajavahemiku jooksul toetas ta end ehitusinsenerina, kes kontrollis ja haldas ASi hoonet mitmed kanalid Šotimaal ja Glasgow naabruses asuvate söeväljade uurimine linn. Ta ei loobunud siiski täielikult oma leiutisest.

Aastal 1767 võttis Roebuck Watti kohustusteks 1000 Suurbritannia naela ja nõustus andma rohkem kapitali vastutasuks kahe kolmandiku Watti patendi eest. Teine mootor ehitati seitsme või kaheksa tolli läbimõõduga aurusilindriga, mis valmis 1768. See töötas piisavalt hästi, et ärgitada partnereid patenti küsima ning spetsifikatsioonid ja joonised valmisid ja tutvustati 1769. aastal.

Watt ehitas ja seadistas ka mitu Newcomeni mootorit, osalt ehk selleks, et end mootori ehituse praktiliste üksikasjadega põhjalikumalt kurssi viia. Vahepeal koostas ta kavasid ja ehitas enda jaoks uut tüüpi mõõdukalt suure mootori. Selle aurusilindri läbimõõt oli 18 tolli ja kolvi käik oli 5 jalga. See mootor ehitati Kinneilis ja see valmis septembris 1769. See ei olnud ehituse ega toimimise osas kõik rahuldav. Kondensaator oli pinnakondensaator, mis koosnes torudest, mis sarnanesid tema esimese väikese mudeliga, ega osutunud piisavalt tihedaks. Aurukolv lekkis tõsiselt ja korduvad katsed olid selle puuduste ilmsemaks muutmise eesmärk ainult. Nii Joseph Black kui ka John Roebuck abistasid teda nii rahalise kui ka moraalse abiga, kuid ta tundis seda tõsiselt riskidest, mida ta jooksis, kaasates oma sõpru tõsistesse kaotustesse, ja sai temast väga meeleheitel.

Mustale kirjutades ütles Watt: "Kõigist asjadest elus pole midagi rumalamat kui leiutamine; ja arvatavasti on enamus leiutajaid jõudnud oma arvamuse põhjal samale arvamusele. "

1768. aastal sõitis James Watt oma patendi esitamiseks Londonisse ja teel kohtus Matthew Boultoniga. Boulton oli Soho manufaktuurina tuntud Birminghami tootmisettevõtte omanik, mis valmistas väikseid metallitooteid. Ta oli oma isa ettevõtte pärinud ja selle märkimisväärselt üles ehitanud. Teda ja tema ettevõtet tunti 18. sajandi keskel toimunud inglise valgustusalasel liikumisel väga hästi.

Boulton oli hea teadlane, kellel oli arvestatav keelte ja loodusteaduste - eriti matemaatika - teadmine, vaatamata sellele, et ta oli poisina kooli pooleli jätnud, et minna isa poodi tööle. Poes tutvustas ta peagi mitmeid väärtuslikke täiendusi ja otsis alati muid ideid, mida tema ettevõttes võiks kasutusele võtta.

Ta oli ka kuulsate liige Birminghami Lunar Society, rühm mehi, kes kohtusid, et arutada koos loodusfilosoofiat, inseneriteadusi ja tööstusarengut: teiste liikmete hulka kuulus ka hapniku avastaja Joseph Priestley,Erasmus Darwin (Charles Darwini vanaisa) ja katseline pottsepp Josiah Wedgewood. Watt liitus grupiga pärast seda, kui temast sai Boultoni partner.

Tulihingeline ja energiline teadlane, Boulton tegi tuttavaks Benjamin Franklin aastal 1758, kes külastas siis Soho. Aastaks 1766 olid need silmapaistvad mehed vastavad, arutades muu hulgas aurujõu rakendatavust mitmesugustel kasulikel eesmärkidel. Nad kavandasid uue aurumasina ja Boulton ehitas mudeli, mis saadeti Franklini ja mida ta Londonis eksponeeris. James Watti olemasolust pidid nad veel teada saama.

Kui Boulton 1768. aastal Wattiga kohtus, meeldis talle tema mootor ja ta otsustas osta patendi vastu huvi. Roebucki nõusolekul pakkus Watt Boultonile ühe kolmandiku intressi. Ehkki komplikatsioone oli mitu, tegi Roebuck lõpuks ettepaneku, et tema naise Watt'i leiutiste omanduses olev pool 1000 naela tuleks Matthew Boultonile üle. See ettepanek võeti vastu novembris 1769.

Novembris 1774 teatas Watt lõpuks oma vanale partnerile Roebuckile, et on Kilmeili mootoriga edukalt läbi teinud. Ta ei kirjutanud oma tavalise entusiasmi ja ekstravagantsusega; selle asemel kirjutas ta lihtsalt: "Minu leiutatud tuletõrjeauto läheb nüüd käima ja vastab palju paremini kui ükski teine, mis seni tehtud on, ja ma loodan, et leiutis on mulle väga kasulik. "

Üks entusiasmi puudumise põhjuseid oli see, et ta naine suri eelmise aasta, septembris 1773, sünnituse ajal. Heartsick, Watt mattis end töösse. Alates veebruari keskpaigast 1774 töötas ta termomeetrite ja baromeetrite kallal. Ta lõpetas oma ehitustegevuse Šotimaal (osaliselt Šotimaa finantskriisi tõttu) ja mais rändas ta lõunasse Birminghami, kus ta liitus Lunar Societyga. Aastal 1775 sõlmis ta Matthew Boultoniga täiskohaga partnerluse.

Sellest hetkest alates suutis Boultoni ja Wattiettevõte toota rea ​​töötavaid mootoreid reaalsetes rakendustes. Masinate jaoks, mida saaks kasutada lihvimiseks, kudumiseks ja jahvatamiseks, võeti kasutusele uued uuendused ja patendid. Auruveomootorid võeti kasutusele nii maismaal kui ka vees. Peaaegu iga edukas ja oluline leiutis, mis tähistas auruenergia ajalugu pärineb aastaid Boultoni ja Watti töökodadest.

Watti töö Boultoniga muutis ta kirjameeste seas rahvusvahelise tähtsusega tegelaseks. Tema 25-aastane patent tõi talle rikkuse; temast ja Boultonist said Inglismaal tehnoloogilise valgustusaja juhid, kellel on uuenduslike inseneriteaduste kindel maine. Watt abiellus 1776. aastal Ann Macgregoriga ja neil oli kaks last (Gregory ja Jessy), kes mõlemad surevad noorena. Esimesest naisest sündinud poeg James Watt Jr. elas oma isa üle ja jätkas oma rolli jätkuvas Inglise valgustusajas.

Matthew Boultoniga partnerluse tulemusena sai James Wattist väga jõukas mees, kes ehitas Staffordshire'is Handsworthis elegantse häärberi, mida tuntakse Heathfieldi maja nime all. Ta läks pensionile 1800. aastal ning veetis oma ülejäänud elu vabal ajal ja reisides, et külastada sõpru ja pereliikmeid. Ta suri 25. augustil 1819 Heathfieldis. Ta maeti Handsworthi Püha Maarja kiriku surnuaeda.

Watt leiutised kannustasid väga tähendusrikkalt tööstusrevolutsiooni ja selle uuendusi tänapäev, alates autodest ja rongidest ning lõpetades tehaste ja sotsiaalsete probleemidega, mis arenesid a tulemus. Lisaks on Watt'i nimi olnud seotud tänavate, muuseumide ja koolidega. Tema lugu on inspireerinud raamatuid, filme ja kunstiteoseid, sealhulgas kujusid Piccadilly aedades ja Püha Pauluse katedraalis.

Püha Pauluse ausambale on graveeritud sõnad: "James Watt... laiendas oma riigi ressursse, suurendas inimese võim ja tõusis silmapaistvale kohale teaduse kõige kuulsamate järgijate ja teaduse tõeliste heategijate seas maailm ".

• Jones, Peter M. "Valgustusajastu ja Prantsuse revolutsiooni elamine: James Watt, Matthew Boulton ja nende pojad." Ajalooline ajakiri 42.1 (1999): 157–82. Prindi.
• Hills, Richard L "Steamilt saadav võimsus: statsionaarse aurumasina ajalugu." Cambridge: Cambridge University Press, 1993.
• Miller, David Philip. "„Puffing Jamie”: filosoofiks olemise äriline ja ideoloogiline tähtsus James Watt ’maine (1736–1819) maine korral." Teaduse ajalugu 38.1 (2000): 1–24. Prindi.
• "James Watt'i elu ja legend: koostöö, loodusfilosoofia ja aurumasina parendamine." Pittsburgh: University of Pittsburgh Press, 2019.
• Pugh, Jennifer S. ja John Hudson. "James Watt, F.R.S." Londoni kuningliku seltsi märkmed ja ülestähendused 40.1 (1985): 41–52. Prindi.
• Russell, Ben. "James Watt: Maailma teadlikuks tegemine." London: teadusmuuseum, 2014.
• Wright, Michael. "James Watt: pillimängija." Galpini seltsi ajakiri 55 (2002): 104–29. Prindi.