Životopis Jamese Watta, vynálezce moderního parního stroje

James Watt (19. ledna 1736 - 25. srpna 1819) byl skotský vynálezce, inženýr a chemik. Vyvinul fungující Parní motor které využívaly samostatný kondenzátor; Díky této inovaci byl parní stroj užitečným nástrojem pro širokou škálu použití. V mnoha ohledech byl Wattův vynález - nebo spíše jeho vylepšení oproti dřívějšímu vynálezu, parní stroj Newcomen - technologickým impulsem za Průmyslová revoluce.

Rychlá fakta: James Watt

James Watt se narodil 19. ledna 1736 ve skotském Greenocku jako jediné přeživší dítě čtyř Jamesa Watta (1699–1737) a Agnes Muirhead (1901–1754). Greenock byla rybářská vesnice, která se během Wattova života stala rušným městem s flotilou parníků. Dědeček Jamese Jr. Thomas Watt (1642–1734) byl známý matematik a místní učitel. James Sr. byl prominentní občan Greenocku a úspěšný tesař a lodní lustr, který pracoval na vybavení lodí a pracoval na jejich nástrojích, kompasech a kvadrantech. James Sr. byl v různých dobách také hlavním soudcem a pokladníkem města.

James Watt byl inteligentní, ale kvůli špatnému zdraví nemohl chodit do školy pravidelně. Místo toho získal dovednosti, které by později potřeboval inženýrství a nástroje tím, že pracuje se svým otcem na tesařských projektech. Ve věku 6 let James Watt řešil geometrické problémy a provedl své první zkoumání povahy páry, což zahrnovalo experimentování s čajovou konvicí jeho matky. V dětství byl Watt vášnivý čtenář a našel něco, co by ho zajímalo v každé knize, která mu přišla do rukou.

Když byl Watt konečně poslán na vesnickou školu, jeho špatné zdraví zabránilo jeho rychlému pokroku; to bylo jen když on byl 13 nebo 14 že on začal projevovat jeho schopnosti, obzvláště v matematice. Jeho volný čas trávil kreslením tužkou, řezbou a prací na lavici nástrojů se dřevem a kovem. Udělal mnoho geniálních mechanických prací a několik krásných modelů a rád opravoval námořní nástroje.

Poté, co jeho matka zemřela v roce 1754, byl 18letý Watt poslán do Glasgowa, aby trénoval jako obchodník se svým strýcem Johnem Muirheadem. Jeden z příbuzných jeho matky byl předsedou oddělení orientálních jazyků a humanitních věd na Glasgow College a Watt se tam stal členem literární společnosti. On také se setkal s jinými učenci u Glasgow kdo by dokázal vlivný a podporoval jeho kariéru: Robert Dick, profesor přírodní filozofie, Robert Simpson v matematice a William Cullen v medicíně a chemii.

Byl to Dick, kdo navrhl, aby Watt odjel do Londýna, aby získal výcvik jako výrobce matematických nástrojů. S úvodním dopisem odešel Watt v roce 1755 do Londýna a začal spolupracovat s výrobcem nástrojů Johnem Morganem. Watt nebyl oficiálně učedníkem, ale pracoval na mechanickém vybavení: Morgan si myslel, že je talentovaný, ale dokončení jeho práce trvalo příliš dlouho. Práce s Morganem skončila v červnu 1756 a Dick mu dal krátkodobou pozici pro práci na orloji, odrážející dalekohledy a tranzitní nástroje. Na konci roku se Watt vrátil do Greenocku, ale brzy se vrátil do Glasgow, kde začal podnikat v kvadrantu. Byl jmenován výrobcem matematických nástrojů na Glasgow College, podporovaný Dickovým náhradníkem Johnem Andersonem a Cullenovým náhradníkem a chemikem Joseph Black (1728–1799). Black je nejlépe známý pro jeho práci na latentních a specifických žáru a pro jeho objev oxidu uhličitého, a on měl stát se spolehlivým podporovatelem Watta.

V 1759, John Robison, student v Glasgow, ukázal Wattovi model Nováček parní stroj a navrhl, že by mohl být použit k pohonu kočárů. Nováček byl vynalezen a patentován v roce 1703 Thomasem Newcomenem (1664–1729) a Watt začal stavět miniaturní modely používající cínové parní válce a písty připojené k hnacím kolům pomocí systému ozubených kol. Ve svých vlastních experimentech nejprve používal lékárnické zkoušky a duté hole pro parní nádrže a potrubí a později Papinův digestor a běžnou injekční stříkačku. Tato kombinace vytvořila nekondenzační motor, ve kterém používal páru při tlaku 15 liber na čtvereční palec. Ventil pracoval ručně a James Watt viděl, že k výrobě pracovního stroje je zapotřebí automatické ventilové zařízení. Tento experiment však nevedl k žádnému praktickému výsledku a na několik následujících let tento výzkum opustil.

Watt zůstal s vysokou školou až do 1760s, když on se ujal partnerství s obchodníkem jmenoval John Craig, financovaný částečně s Blackem. Jeden jejich podnik vyráběl alkálie ze soli - v 18. století mohla být alkálie vyráběna pouze z rostlin. Craig a Watt byli jedním z několika lidí, kteří hledali způsob, jak ho chemicky vytvořit, což bylo dosaženo až v roce 1820. Watt a Craig také pracovali na keramických pecích a glazurách pro výrobu cínem glazovaného delftwaru.

V roce 1764 se Watt oženil s Margaret Millarovou, známou jako Peggy, bratrancem, kterého znal od dětství. Měli mít pět dětí, z nichž pouze dvě žily do dospělosti: Margaret, narozená v roce 1767, a James III, narozená v roce 1769, které se jako dospělý staly hlavní oporou a obchodním partnerem svého otce.

Během zimy 1763–1764 požádal John Anderson v Glasgow Watt o opravu modelu motoru Newcomen. Dokázal to spustit, ale byl zvědavý, proč stroj spotřeboval tolik páry a kondenzující vody. Watts začal studovat historii parního stroje a provedl experimentální výzkum vlastností páry.

Model parního stroje Newcomen měl kotel, který byl vyroben v měřítku a nebyl schopen dodat dostatečné množství páry k pohonu motoru. Průměr měl asi devět palců; parní válec měl průměr dva palce a měl zdvih pístu šest palců. Watt vyrobil nový kotel, který dokázal měřit množství odpařené vody a páru kondenzovanou při každém zdvihu motoru.

Watt brzy zjistil, že motor vyžaduje velmi malé množství páry pro ohřev velmi velkého množství vody. Okamžitě začal přesně určovat relativní hmotnosti páry a vody v parním válci, když došlo ke kondenzaci při dolním zdvihu motoru. James Watt nezávisle dokázal existenci „latentní teplo“, který objevil jeho mentor a podporovatel Joseph Black. Watt šel do Blacku se svým výzkumem, který sdílel své znalosti s Wattem. Watt to zjistil na bod varu, jeho kondenzující pára byla schopna zahřát šestinásobek své hmotnosti vody použité k výrobě kondenzace.

Uvědomit si, že hmotnost páry pro hmotnost byla mnohem větší absorbent a zásobník tepla než vody, Watt viděl, jak je důležité věnovat větší pozornost jeho úsporám, než tomu bylo dříve pokus. Zpočátku hospodáril v kotli a vyráběl kotle s dřevěnými „skořápkami“, aby zabránil ztrátám vedení a záření. Také použil větší počet kouřovodů, než Newcomen musel zajistit úplnější absorpci tepla z plynů z pece. Také zakryl parní potrubí nevodivými materiály a přijal veškerá opatření, aby zajistil úplné využití tepla spalování.

Brzy zjistil, že zdroje tepelné ztráty v motoru Newcomen byly:

• Rozptyl tepla samotným válcem, který byl z mosazi a byl dobrým vodičem i dobrým zářičem.
• Ztráta tepla v důsledku nutnosti ochlazení válce při každém zdvihu při výrobě vakuum.
• Ztráta energie v důsledku tlaku páry pod pístem, která byla důsledkem nedokonalé metody kondenzace.

Jeho první pokus o válec z nevodivého materiálu byl vyroben ze dřeva namočeného v oleji a poté pečen, což zvýšilo ekonomiku páry. Poté provedl řadu velmi přesných pokusů o teplotě a tlaku páry měřením množství páry použité při každém zdvihu motoru. Dokázal potvrdit svůj předchozí závěr, že tři čtvrtiny tepla dodávaného do motoru byly promrhány.

Po jeho vědeckém výzkumu James Watt pracoval na zdokonalení parního stroje s inteligentním porozuměním jeho existujícím vadám a znalostí jejich příčiny. Watt to brzy viděl, aby se snížily ztráty při zpracování páry v parním válci, bylo by nutné najít způsob, jak neustále udržovat válec tak horký jako pára, která vstoupila to.

Podle Jamese Watta: „Mně napadla myšlenka, že jelikož pára je elastické tělo, spěchá do vakua, a pokud mezi válcem a vyčerpanou nádobou byla komunikace, do ní se vrhla a mohla by tam kondenzovat bez chlazení válec. Pak jsem viděl, že se musím zbavit kondenzované páry a vstřikovací vody, pokud použiju proudový paprsek, jako v Newcomenově motoru. Byly mi dva způsoby, jak toho dosáhnout: Zaprvé, voda by mohla odtéct sestupnou trubkou, pokud by mohl být tryskový proud v hloubce 35 nebo 36 stop a jakýkoli vzduch by mohl být odsáván malým čerpadlem. Druhým bylo, aby čerpadlo bylo dostatečně velké na to, aby extrahovalo vodu i vzduch. “

Pokračoval: „Při analýze by se vynález nezdál tak skvělý, jak se zdálo. Ve stavu, ve kterém jsem našel parní stroj, nebylo žádným velkým úsilím pozorovat, že množství paliva, které je nutné k tomu, aby fungovalo, by navždy zabránilo jeho rozsáhlé užitečnosti. Další krok v mém pokroku byl stejně snadný - zeptat se, co bylo příčinou velké spotřeby paliva. I to bylo snadno navrženo, tj. Odpad paliva, který byl nutný pro přivedení celého válce, pístu, a přilehlé části od chladu vody k teplu páry, ne méně než 15 až 20krát za minutu. "

James Watt vynalezl svůj důležitý samostatný kondenzátor. Pokračoval v experimentálním testu svého nového vynálezu. Jeho malý model pracoval velmi dobře a dokonalost vakua byla taková, že stroj zvedl hmotnost 18 liber zavěšenou na pístní tyči. Poté zkonstruoval větší model a výsledek jeho testu potvrdil výsledky jeho prvních experimentů.

Trvalo roky, než Watt zjistil podrobnosti o novém parním stroji. Nejprve musel Watt najít způsob, jak zabránit tomu, aby se kondenzátor naplnil vodou. Vyzkoušel několik přístupů, včetně vzduchového čerpadla, které uvolnilo kondenzátor vody a vzduchu, který se shromáždil v kondenzátoru a snížil vakuum. Poté vyměnil olej a loj za vodu používanou k mazání pístu, udržoval těsnost páry a bránil ochlazování válce. Další příčinou ochlazování válce a následného plýtvání energií při jeho provozu byl vstup vzduchu, který následoval píst dolů válec při každém zdvihu, jeho vnitřek ochlazoval jeho Kontakt. Vynálezce tomu zabránil tím, že zakryl horní část válce a obklopil celý válec vnějším plášť nebo „parní plášť“, který umožnil páře z kotle procházet kolem parního válce a tlačit na horní povrch píst.

Poté, co si Watt postavil svůj větší experimentální motor, pronajal si pokoj ve staré opuštěné chatě. Tam pracoval s mechanikem Folmem Gardinerem. Watt právě potkal Johna Roebucka, bohatého lékaře, který spolu s dalšími skotskými kapitalisty nedávno založil slavnou Carron Iron Works. Roebuck začal finančně podporovat Wattovo úsilí a Watt často psal Roebuckovi popisující jeho pokrok.

V srpnu 1765 vyzkoušel malý motor a napsal Roebuckovi, že má „dobrý úspěch“, ačkoli stroj byl velmi nedokonalý, a informoval Roebucka, že začíná vyrábět větší model. V říjnu 1765 dokončil velký parní stroj. Motor, i když byl připraven na zkoušku, nebyl ani zdaleka dokonalý. U takového surového stroje však odvedl dobrou práci.

Bohužel, v roce 1765 byl James Watt omezen na chudobu a poté, co si půjčil značné částky od přátel, musel nakonec hledat zaměstnání, aby se postaral o svou rodinu. Během přibližně dvou let se podporoval jako stavební inženýr, zaměřoval a řídil budovu několik kanálů ve Skotsku a zkoumání uhelných polí v sousedství Glasgow pro soudce Magistrátu město. Nevzdal se však zcela svého vynálezu.

V roce 1767 Roebuck převzal závazky Watta ve výši 1 000 britských liber a souhlasil, že poskytne více kapitálu výměnou za dvě třetiny Wattova patentu. Jiný motor byl stavěn s parním válcem průměr sedm nebo osm palců v průměru, který byl dokončen v roce 1768. To fungovalo dostatečně dobře, aby přimělo partnery, aby požádali o patent, a specifikace a výkresy byly dokončeny a předloženy v roce 1769.

Watt také postavil a postavil několik nováčkových motorů, zčásti snad proto, aby se lépe seznámil s praktickými detaily výroby motorů. Mezitím připravoval plány a postavil středně velký motor svého nového typu. Jeho parní válec měl průměr 18 palců a zdvih pístu byl 5 stop. Tento motor byl postaven v Kinneilu a byl dokončen v září 1769. Nebylo to všechno uspokojivé, pokud jde o jeho konstrukci nebo provoz. Kondenzátor byl povrchový kondenzátor složený z trubek poněkud podobných trubkám použitým v jeho prvním malém modelu a neprokázal se uspokojivě těsně. Parní píst unikl vážně a opakované pokusy sloužily pouze k tomu, aby byly jeho nedostatky zjevnější. Pomáhal mu s finanční a morální podporou jak Joseph Black, tak John Roebuck, ale cítil se silně o rizicích, se kterými se setkal se zapojením svých přátel do vážných ztrát a stal se velmi sklíčený.

Watt napsal Blackovi: „Ze všech věcí v životě není nic hloupějšího než vynalézání; a pravděpodobně většina vynálezců byla vedena ke stejnému názoru na základě svých vlastních zkušeností. “

V roce 1768 cestoval James Watt do Londýna, aby získal patent, a na cestě se setkal s Matthewem Boultonem. Boulton byl vlastníkem Birminghamské výrobní společnosti známé jako Soho Manufactory, která vyráběla drobné kovové zboží. Zdědil otcovu firmu a výrazně ji vybudoval. On a jeho podnikání byli velmi dobře známí v hnutí anglického osvícení v polovině 18. století.

Boulton byl dobrý učenec se značnými znalostmi jazyků a vědy - zejména matematiky - přesto, že opustil školu jako chlapec, aby chodil do práce v obchodě svého otce. V obchodě brzy představil řadu cenných vylepšení a vždy hledal další nápady, které by mohly být zavedeny do jeho podnikání.

Byl také členem slavného Lunární společnost v Birminghamu, skupina mužů, kteří se společně setkali, aby společně diskutovali o přírodní filosofii, inženýrství a průmyslovém rozvoji. Mezi další členy patřil objevitel kyslíku Joseph Priestley,Erasmus Darwin (dědeček Charlese Darwina) a experimentálního hrnčíře Josiah Wedgewood. Watt se připojil ke skupině poté, co se stal Boultonovým partnerem.

Boulton, okouzlující a energický učenec, se seznámil Benjamin Franklin v roce 1758, který poté navštívil Soho. V roce 1766 tito významní muži odpovídali a diskutovali mimo jiné o použitelnosti parní energie pro různé užitečné účely. Navrhli nový parní stroj a Boulton postavil model, který byl poslán do Franklin a vystaven jím v Londýně. Ještě si museli uvědomit existenci Jamese Watta.

Když se Boulton v roce 1768 setkal s Wattem, měl rád svůj motor a rozhodl se koupit podíl na patentu. Se souhlasem Roebucka nabídl Watt Boultonovi jednu třetinu zájmu. Ačkoli tam bylo několik komplikací, nakonec Roebuck navrhl převést na Matthew Boulton jednu polovinu jeho vlastnictví v Wattových vynálezech za částku 1 000 liber. Tento návrh byl přijat v listopadu 1769.

V listopadu 1774 Watt konečně oznámil svému starému partnerovi Roebuckovi, že provedl úspěšnou zkoušku motoru Kilmeil. Nepsal se svým obvyklým nadšením a extravagancí; místo toho jednoduše napsal: „Hasičský stroj, který jsem vymyslel, nyní jde a odpovídá mnohem lépe než kterýkoli jiný, který byl dosud vyroben, a očekávám, že vynález bude pro mě velmi prospěšné. “

Jeden důvod pro jeho nedostatek nadšení byl že jeho manželka umřela během porodu předchozí rok, v září 1773. Heartsick, Watt se pohřbil v práci. Od poloviny února 1774 pracoval na teploměrech a barometrech. Své stavební inženýrství ukončil ve Skotsku (částečně kvůli finanční krizi ve Skotsku) a v květnu odjel na jih do Birminghamu, kde se připojil k lunární společnosti. V roce 1775 uzavřel partnerství s Matthewem Boultonem na plný úvazek.

Od té doby dokázala firma Boulton a Watt vyrábět řadu pracovních motorů s aplikacemi v reálném světě. Byly získány nové inovace a patenty pro stroje, které lze použít pro broušení, tkaní a frézování. Parní motory byly použity k přepravě po zemi i po vodě. Téměř každý úspěšný a důležitý vynález, který označil historie páry po mnoho let vznikal v dílnách Boulton a Watt.

Wattova práce s Boultonem ho proměnila v postavu mezinárodního postavení mezi muži dopisů. Jeho 25letý patent mu přinesl bohatství; a on a Boulton se stali lídrem v technologickém osvícení v Anglii se solidní reputací inovativního inženýrství. Watt se oženil s Ann Macgregor v roce 1776 a měli dvě děti (Gregory a Jessy), z nichž obě zemřely mladé. James Watt Jr., jeho syn z první manželky, přežil svého otce a pokračoval v roli v pokračujícím anglickém osvícení.

V důsledku partnerství s Matthewem Boultonem se James Watt stal velmi bohatým mužem, který v Handsworthu ve Staffordshiru vybudoval elegantní dům známý jako „Heathfieldův dům“. V roce 1800 odešel do důchodu a zbytek života strávil ve volném čase a cestoval za přáteli a rodinou. Zemřel 25. srpna 1819 v Heathfieldu. Byl pohřben na hřbitově kostela sv. Marie v Handsworthu.

Wattovy vynálezy velmi smysluplně pobídly k průmyslové revoluci a inovacím EU moderní doba, od automobilů a vlaků po továrny a sociální otázky, které se vyvinuly jako výsledek. Kromě toho bylo jméno Watta připojeno k ulicím, muzeím a školám. Jeho příběh inspiroval knihy, filmy a umělecká díla, včetně soch v Piccadilly Gardens a St. Paul's Cathedral.

Na soše u svatého Pavla jsou vyryta slova: „James Watt... rozšířil zdroje své země, zvýšil síla člověka, a stal se významným místem mezi nejznámějšími stoupenci vědy a skutečnými dobrodinci svět."

• Jones, Peter M. "Život osvícení a francouzské revoluce: James Watt, Matthew Boulton a jejich synové." Historický deník 42.1 (1999): 157–82. Tisk.
• Hills, Richard L. "Napájení z páry: Historie stacionárního parního stroje." Cambridge: Cambridge University Press, 1993.
• Miller, David Philip. "„Puffing Jamie“: Obchodní a ideologický význam bytí „filozofem“ v případě pověsti Jamese Watta (1736–1819)." Dějiny vědy 38.1 (2000): 1–24. Tisk.
• „Život a legenda Jamese Watta: Spolupráce, přírodní filozofie a zdokonalení parního stroje.“ Pittsburgh: University of Pittsburgh Press, 2019.
• Pugh, Jennifer S. a John Hudson. "The Chemical Work of James Watt, F.R.S." Poznámky a záznamy Královské společnosti v Londýně 40.1 (1985): 41–52. Tisk.
• Russell, Ben. "James Watt: Dělat svět novým." Londýn: Science Museum, 2014.
• Wright, Michaele. "James Watt: hudební nástroj." The Galpin Society Journal 55 (2002): 104–29. Tisk.