Modern Buhar Motoru Mucidi James Watt'ın Biyografisi

James Watt (19 Ocak 1736 – 25 Ağustos 1819) İskoç mucit, mühendis ve kimyacıydı. Çalışılabilir bir geliştirdi buhar makinesi ayrı bir kondansatör kullanılan; bu yenilik buhar motorunu çok çeşitli kullanımlar için kullanışlı bir araç haline getirdi. Watt'ın icadı, daha doğrusu, daha önceki bir buluş olan Newcomen buhar motoru üzerindeki gelişimi, birçok yönden, Sanayi devrimi.

Kısa Bilgiler: James Watt

James Watt, 19 Ocak 1736'da İskoçya'nın Greenock kentinde, James Watt (1699-1737) ve Agnes Muirhead'in (1901–1754) dördünün hayatta kalan tek çocuğu olarak dünyaya geldi. Greenock, Watt'ın ömrü boyunca buhar gemileri filosuyla yoğun bir kasaba haline gelen bir balıkçı köyüydü. James Jr.'ın büyükbabası Thomas Watt (1642-1734) tanınmış bir matematikçi ve yerel okul müdürüydü. James Sr., Greenock'un önde gelen bir vatandaşıydı ve başarılı bir marangoz ve geminin avukatıydı. Çeşitli zamanlarda, James Sr. aynı zamanda kasabanın baş hakimi ve saymanıydı.

James Watt zekiydi, ama sağlığı kötü olduğu için düzenli olarak okula gidemedi. Bunun yerine, daha sonra ihtiyaç duyacağı becerileri kazandı. mühendislik ve babası ile marangozluk projeleri üzerinde çalışarak takım. 6 yaşına geldiğinde, James Watt geometrik problemleri çözüyor ve en erken araştırmasını annesinin çaydanlıklarını denemeyi içeren buharın doğası üzerine yürütüyordu. Çocukluk çağında Watt, hevesli bir okuyucuydu ve eline geçen her kitapta onunla ilgilenecek bir şey buldu.

Watt sonunda köy okuluna gönderildiğinde, hasta sağlığı hızlı bir şekilde ilerlemesini engelledi; Sadece 13 ya da 14 yaşındayken, özellikle matematikte yeteneklerini sergilemeye başladı. Boş zamanları kalemiyle çizim yapmak, oymak ve tahta ve metalle takım tezgahında çalışmakla geçti. Birçok ustaca mekanik çalışma ve bazı güzel modeller yaptı ve deniz aletlerini tamir etmekten zevk aldı.

Annesi 1754'te öldükten sonra 18 yaşındaki Watt, amcası John Muirhead ile bir tüccar olarak eğitilmek için Glasgow'a gönderildi. Annesinin akrabalarından biri Glasgow Koleji'nde Doğu Dilleri ve Beşeri Bilimler bölümünün başkanıydı ve Watt oradaki edebi toplumun bir üyesi oldu. Glasgow'da kariyerinin etkili ve destekleyici olduğunu kanıtlayacak diğer akademisyenlerle de tanıştı: Robert Dick, doğal felsefe profesörü, matematikte Robert Simpson ve tıp ve kimyada William Cullen.

Watt'ın matematik enstrümanı yapımcısı olarak eğitim almak için Londra'ya gitmesini öneren Dick'di. Watt bir giriş mektubu ile 1755'te Londra'ya gitti ve enstrüman yapımcısı John Morgan ile çalışmaya başladı. Watt resmi olarak bir çırak değildi, ancak mekanik enstrümantasyon üzerinde çalıştı: Morgan yetenekli olduğunu düşündü, ancak işini tamamlaması çok uzun sürdü. Morgan ile iş Haziran 1756'da sona erdi ve Dick ona astronomik bir saatte, teleskopları ve transit enstrümanları yansıtan kısa süreli bir pozisyon aldı. Watt, yıl sonunda Greenock'a döndü, ancak kısa süre sonra Glasgow'a döndü ve burada çeyrek yapımda küçük bir işe başladı. Glasgow Koleji'nde Dick'in yerine John Anderson ve Cullen'in yerine ve kimyager tarafından desteklenen matematiksel enstrüman yapımcısı olarak atandı Joseph Black (1728–1799). Siyah en iyi, gizli ve spesifik ısılar ve karbondioksit keşfi ile bilinir ve Watt'ın sadık bir destekçisi olacaktı.

1759'da Glasgow'da bir öğrenci olan John Robison, Watt'a Newcomen buhar motoru ve arabaları itmek için kullanılabileceğini öne sürdü. Newcomen, 1703 yılında Thomas Newcomen (1664-1729) tarafından icat edildi ve patentlendi ve Watt, dişli çark sistemi ile tahrik tekerleklerine tutturulmuş kalay buhar silindirleri ve pistonlar kullanan minyatür modeller. Kendi deneylerinde, ilk önce, eczacıların denemelerini ve buhar rezervuarları ve boruları için içi boş bastonları ve daha sonra bir Papin'in çürütücü ve ortak bir şırınga kullandı. İkinci kombinasyon, inç kare başına 15 pound basınçta buhar kullandığı yoğuşmasız bir motor yaptı. Valf elle çalıştırıldı ve James Watt, çalışan bir makine yapmak için otomatik bir valf dişlisine ihtiyaç olduğunu gördü. Ancak bu deney hiçbir pratik sonuca yol açmadı ve önümüzdeki birkaç yıl boyunca bu araştırmayı bıraktı.

Watt, kısmen Black ile finanse edilen John Craig adlı bir tüccarla ortaklık kurduğu 1760'lara kadar kolejde kaldı. Bir girişimi tuzdan alkali üretiyordu - 18. yüzyılda alkali sadece bitkilerden üretilebilirdi. Craig ve Watt, kimyasal olarak yaratmanın bir yolunu arayan birkaç kişiden biriydi, 1820'ye kadar elde edilemeyen bir çaba. Watt ve Craig de kalay sırlı yazılım yapmak için seramik fırınlar ve sırlar üzerinde çalıştılar.

1764'te Watt, çocukluklarından beri tanıdığı bir kuzen olan Peggy olarak bilinen Margaret Millar ile evlendi. Sadece ikisi yetişkinliğe kadar yaşayan beş çocuğu olacaktı: 1767 doğumlu Margaret ve 1769 doğumlu olan James III, bir yetişkin olarak babasının ana desteği ve iş ortağı olacaktı.

1763-1764 kışında Glasgow'daki John Anderson, Watt'tan Newcomen motorunun bir modelini onarmasını istedi. Çalıştırmayı başardı, ancak makinenin neden bu kadar çok buhar ve yoğuşma suyu tükettiğini merak ediyordu. Watt buhar motorunun tarihini incelemeye başladı ve buharın özellikleri üzerine deneysel araştırmalar yaptı.

Newcomen buhar motoru modeli, ölçekli bir kazana sahipti ve bir motora güç verecek kadar buhar sağlayamazdı. Çapı yaklaşık dokuz inçti; buhar silindiri iki inç çapındaydı ve altı inç piston stroku vardı. Watt buharlaşan su miktarını ve motorun her strokunda yoğunlaşan buharı ölçebilen yeni bir kazan yaptı.

Watt kısa süre sonra motorun çok büyük miktarda suyu ısıtmak için çok az miktarda buhar gerektirdiğini keşfetti. Motorun aşağı strokunda yoğuşma meydana geldiğinde buhar silindirindeki buhar ve suyun nispi ağırlıklarını hemen kesin olarak belirlemeye başladı. James Watt bağımsız olarak "gizli ısı"ve danışmanı ve destekçisi Joseph Black tarafından keşfedildi. Watt, bilgisini Watt ile paylaşan araştırmasıyla Siyah'a gitti. Watt bunu, kaynama noktasıyoğunlaşma buharı, üretim için kullanılan suyun ağırlığının altı katını ısıtabilmektedir. yoğunlaşma.

Ağırlık için buhar ağırlığının çok daha büyük bir emici ve ısı rezervuarı olduğunu fark etmek Watt, ekonomiye daha önce olduğundan daha fazla özen göstermenin önemini gördü girişiminde bulundu. İlk başta kazanda tasarruf etti ve kayıpları önlemek için ahşap "kabuklu" kazanlar yaptı. iletme ve radyasyon. Ayrıca, fırın gazlarından ısının daha fazla emilmesini sağlamak için Newcomen'den daha fazla sayıda grip kullandı. Ayrıca buhar borularını iletken olmayan malzemelerle kapladı ve sıcaklığın tamamen kullanılmasını sağlamak için her türlü önlemi aldı. yanma.

Kısa süre sonra Newcomen motorundaki ısı kaybı kaynaklarının şunları keşfetti:

• Pirinçten yapılmış ve hem iyi bir iletken hem de iyi bir radyatör olan silindirin kendisi tarafından ısı dağılımı.
• Her strokta silindirin soğutulması gerektiğinde ortaya çıkan ısı kaybı, vakum.
• Kusurlu yoğuşma yönteminin bir sonucu olan pistonun altındaki buhar basıncından dolayı güç kaybı.

İletken olmayan bir malzeme silindirindeki ilk denemesi, yağa batırılmış ve daha sonra fırınlanmış, buhar ekonomisini artıran ahşaptan yapılmıştır. Daha sonra, motorun her strokunda kullanılan buhar miktarını ölçerek buharın sıcaklığı ve basıncı üzerinde bir dizi çok doğru deney gerçekleştirdi. Daha önce motora verilen ısının dörtte üçünün boşa harcandığı sonucunu doğrulayabildi.

Bilimsel araştırmalarından sonra James Watt, mevcut kusurları akıllıca anlayarak ve nedenlerini bilerek buhar motorunu geliştirmeye çalıştı. Watt kısa süre sonra buhar silindirindeki buharın çalışmasındaki kayıpları azaltmak için, silindiri sürekli olarak giren buhar kadar sıcak tutmanın bir yolunu bulmak gerekir. o.

James Watt'a göre: "Fikrim aklıma geldi, buhar elastik bir beden olduğu için bir boşluğa koşacaktı ve eğer silindir ve bitkin bir kap arasında iletişim sağlandı, içine sızdı ve soğutma olmadan yoğunlaşmış olabilir silindir. Daha sonra, Newcomen'in motorunda olduğu gibi, bir jet kullanırsam, yoğunlaştırılmış buhar ve enjeksiyon suyundan kurtulmam gerektiğini gördüm. Bunu yapmanın iki yolu bana geldi: Birincisi, kapalı bir jet 35 veya 36 feet derinliğe ulaşabilirse ve küçük bir pompa tarafından herhangi bir hava çıkarılabilirse, su inen bir boru ile akabilir. İkincisi, pompayı hem su hem de hava çıkaracak kadar büyük hale getirmekti. "

"Analiz edildiğinde, buluş göründüğü kadar büyük görünmeyecekti. Buhar motorunu bulduğum eyalette, çalışmasını sağlamak için gerekli olan yakıt miktarının geniş çaplı kullanımını sonsuza dek engelleyeceğini gözlemlemek büyük bir çaba gerektirmedi. İlerlememde bir sonraki adım eşit derecede kolaydı - büyük yakıt tüketiminin nedenini araştırmak. Bu da, tüm silindiri, pistonu getirmek için gerekli olan yakıt atığı, ve suyun soğukluğundan buhar ısısına kadar olan bitişik parçalar, dakikada 15 ila 20 defadan az olmamalıdır. "

James Watt çok önemli ayrı kondansatörünü icat etmişti. Yeni buluşu üzerinde deneysel bir test yapmaya devam etti. Küçük modeli çok iyi çalıştı ve vakumun mükemmelliği, makinenin piston çubuğundan asılı bir 18 kilo ağırlığını kaldıracağı şekilde oldu. Daha sonra daha büyük bir model oluşturdu ve testinin sonucu ilk deneylerinin sonuçlarını doğruladı.

Watt'ın yeni buhar motorunun ayrıntılarını bulması yıllar aldı. Başlamak için Watt, kondenserin suyla dolmasını önlemenin bir yolunu bulmak zorundaydı. Kondenserde toplanan suyu ve havanın kondansatörünü tahliye eden ve vakumu azaltan bir hava pompası da dahil olmak üzere çeşitli yaklaşımlar denedi. Daha sonra, pistonu yağlamak için kullanılan su için yağ ve donyağını değiştirdi, buharı sıkı tuttu ve silindirin soğumasını engelledi. Silindirin soğutulmasının bir başka nedeni ve operasyondaki güç kaybı Her strokta pistonu silindirden aşağıya doğru takip eden, iç kısmını İletişim. Mucit, silindirin üstünü kaplayarak ve tüm silindiri bir harici ile çevreleyerek bunun olmasını önledi kazandan gelen buharın buhar silindirinin etrafından geçmesine ve kabinin üst yüzeyine bastırmasına izin veren muhafaza veya "buhar ceketi" piston.

Daha büyük deneysel motorunu inşa ettikten sonra Watt, terk edilmiş eski bir kulübede bir oda kiraladı. Orada mekanik Folm Gardiner ile çalıştı. Watt, diğer Scotch kapitalistleriyle yakın zamanda ünlü Carron Iron Works'ü kuran zengin bir doktor olan John Roebuck'la yeni tanışmıştı. Roebuck Watt'ın çabalarını finansal olarak desteklemeye başladı ve Watt sık sık Roebuck'a ilerlemesini açıkladı.

Ağustos 1765'te küçük motoru denedi ve Roebuck'a, makine çok kusurlu olmasına rağmen "iyi bir başarı" elde ettiğini yazdı ve Roebuck'a daha büyük modeli yapmaya başladığını bildirdi. Ekim 1765'te büyük buhar motorunu bitirdi. Motor, denemeye hazır iken, hala mükemmel olmaktan çok uzaktı. Yine de böyle bir ham makine için iyi iş çıkardı.

Ne yazık ki, 1765 yılına kadar James Watt yoksulluğa indirildi ve arkadaşlarından hatırı sayılır miktarlar ödünç aldıktan sonra sonunda ailesini sağlamak için iş aramak zorunda kaldı. Yaklaşık iki yıllık bir süre boyunca, inşaat mühendisi olarak kendini destekledi. İskoçya'da birkaç kanal ve Glasgow mahallesindeki sultanlar için kömür mahallelerini keşfetmek Kent. Ancak, icadından tamamen vazgeçmedi.

1767'de Roebuck, Watt'ın borçlarını 1.000 İngiliz sterlini tutarında üstlendi ve Watt'ın patentinin üçte ikisi karşılığında daha fazla sermaye sağlamayı kabul etti. Başka bir motor, 1768'de bitmiş yedi veya sekiz inç çapında bir buhar silindiri ile inşa edildi. Bu, ortakları bir patent istemeye teşvik etmek için yeterince iyi çalıştı ve özellikler ve çizimler 1769'da tamamlandı ve sunuldu.

Watt ayrıca, kısmen, belki de motor yapımının pratik detaylarını daha yakından tanımak için birkaç Newcomen motoru inşa etti ve kurdu. Bu arada, kendi yeni tipinde orta derecede büyük bir motor için planlar hazırladı ve inşa etti. Buhar silindiri 18 inç çapındaydı ve pistonun stroku 5 feet idi. Bu motor Kinneil'de üretildi ve Eylül 1769'da bitti. Ne inşaatı ne de işletimi tatmin edici değildi. Kondansatör, ilk küçük modelinde kullanılanlara benzer şekilde borulardan oluşan ve tatmin edici derecede sıkı olmadığı kanıtlanan bir yüzey kondansatörüdür. Buhar pistonu ciddi şekilde sızdı ve tekrarlanan denemeler sadece kusurlarını daha belirgin hale getirmek için kullanıldı. Hem Joseph Black hem de John Roebuck tarafından mali ve ahlaki destekle desteklendi, ancak arkadaşlarını ciddi kayıplara dahil etme riskleri hakkında umutsuz.

Siyah'a yazan Watt, "Hayattaki her şeyden, icat etmekten daha aptalca bir şey yoktur; ve muhtemelen mucitlerin büyük çoğunluğu kendi deneyimleriyle aynı düşünceye yönlendirildi. "

1768'de James Watt, patentini almak için Londra'ya gitti ve yolda Matthew Boulton ile tanıştı. Boulton, küçük metal ürünler üreten Soho Manufactory olarak bilinen bir Birmingham imalat şirketinin sahibidir. Babasının işini devraldı ve önemli ölçüde inşa etti. O ve işi 18. yüzyılın ortalarında İngiliz aydınlanma hareketinde çok iyi tanınıyordu.

Boulton, babasının dükkanında çalışmaya gitmek için bir çocuk olarak okulu bırakmasına rağmen, önemli bir dil ve bilim bilgisi, özellikle de matematik ile iyi bir bilgindi. Dükkanda, kısa süre içinde bir dizi değerli iyileştirme yaptı ve her zaman işiyle ilgili olabilecek diğer fikirleri aramaya başladı.

Aynı zamanda ünlü Birmingham Lunar Society, doğal felsefeyi, mühendisliği ve endüstriyel gelişmeyi birlikte tartışmak için bir araya gelen bir grup adam: diğer üyeler oksijen keşfi Joseph Priestley,Erasmus Darwin (Charles Darwin'in dedesi) ve deneysel çömlekçi Josiah Wedgewood. Watt, Boulton'ın ortağı olduktan sonra gruba katıldı.

Gösterişli ve enerjik bir akademisyen olan Boulton, Benjamin Franklin 1758'de Soho'yu ziyaret eden 1766'da, bu seçkin adamlar, diğer şeylerin yanı sıra buhar gücünün çeşitli yararlı amaçlara uygulanabilirliğini tartışarak karşılık geliyorlardı. Yeni bir buhar motoru tasarladılar ve Boulton, Franklin'e gönderilen ve Londra'da sergilediği bir model yaptı. Henüz James Watt'ın varlığından haberdar olmamışlardı.

Boulton 1768'de Watt ile tanıştığında, motorunu beğendi ve patente ilgi almaya karar verdi. Roebuck'ın rızasıyla Watt, Boulton'a üçte bir faiz teklif etti. Birkaç komplikasyon olmasına rağmen, sonunda Roebuck, Watt'ın icatlarındaki sahibinin yarısının 1.000 pound için Matthew Boulton'a devredilmesini önerdi. Bu teklif Kasım 1769'da kabul edildi.

Kasım 1774'te Watt sonunda eski ortağı Roebuck'a Kilmeil motorunu başarılı bir şekilde denediğini duyurdu. Her zamanki coşkusu ve savurganlığı ile yazmadı; bunun yerine şöyle yazdı: "İcat ettiğim itfaiye aracı şimdi gidiyor ve daha önce yapılmış olanlardan çok daha iyi cevap veriyor ve icat benim için çok faydalı olacak. "

Heyecan eksikliğinin bir nedeni, eşinin Eylül 1773'te bir önceki yıl doğum sırasında ölmüş olmasıydı. Heartsick, Watt kendini işe gömdü. Şubat 1774'ün ortasından itibaren termometreler ve barometreler üzerinde çalışıyordu. İnşaat mühendisliği işini İskoçya'da (kısmen İskoçya'daki mali kriz nedeniyle) sona erdirdi ve Mayıs ayında güneyde Lunar Society'ye katıldığı Birmingham'a gitti. 1775 yılında Matthew Boulton ile tam zamanlı bir ortaklığa girdi.

Bu noktadan itibaren, Boulton ve Watt firması gerçek dünya uygulamalarına sahip bir dizi çalışma motoru üretebildi. Taşlama, dokuma ve frezeleme için kullanılabilecek makineler için yeni yenilikler ve patentler alındı. Buhar motorları karada ve suda ulaşım için kullanıma sunuldu. Neredeyse her başarılı ve önemli buluş buhar gücü geçmişi uzun yıllar Boulton ve Watt atölyelerinde ortaya çıktı.

Watt'ın Boulton ile yaptığı çalışma, onu mektup adamları arasında uluslararası bir boyuta dönüştürdü. 25 yıllık patenti ona zenginlik getirdi; ve o ve Boulton, yenilikçi mühendislik konusunda sağlam bir üne sahip olan İngiltere'deki teknolojik Aydınlanmada lider oldular. Watt, 1776'da Ann Macgregor ile evlendi ve her ikisi de genç ölecek iki çocuğu (Gregory ve Jessy) vardı. İlk karısından oğlu James Watt Jr. babasından kurtuldu ve devam eden İngiliz Aydınlanmasında rol almaya devam etti.

Matthew Boulton ile ortaklığının bir sonucu olarak, James Watt çok zengin bir adam oldu ve Staffordshire, Handsworth'ta "Heathfield House" olarak bilinen zarif bir konak inşa etti. 1800 yılında emekli oldu ve hayatının geri kalanını boş zamanlarında geçirdi ve arkadaşlarını ve ailesini ziyaret etmek için seyahat etti. 25 Ağustos 1819'da Heathfield'da öldü. Handsworth'daki St Mary Kilisesi'nin mezarlığına gömüldü.

Watt'ın icatları çok anlamlı bir şekilde Sanayi Devrimi ve otomobil ve trenlerden fabrikalara ve modern sonuç. Ayrıca, Watt'ın adı sokaklara, müzelere ve okullara eklenmiştir. Hikayesi, Piccadilly Bahçeleri ve St. Paul Katedrali'ndeki heykeller de dahil olmak üzere kitaplara, filmlere ve sanat eserlerine ilham verdi.

Paul heykelindeki heykelin üzerine kazınmış: "James Watt... ülkesinin kaynaklarını genişletti, insanoğlunun gücü ve bilimin en ünlü takipçileri ile gerçek faydalanıcılar arasında seçkin bir yere yükseldi. dünya."

• Jones, Peter M. "Aydınlanmayı ve Fransız Devrimini Yaşamak: James Watt, Matthew Boulton ve Oğulları." Tarih Dergisi 42.1 (1999): 157–82. Yazdır.
• Hills, Richard L. "Buhar Gücü: Sabit Buhar Motoru Tarihi." Cambridge: Cambridge Üniversitesi Yayınları, 1993.
• Miller, David Philip. "'Puffing Jamie': James Watt'ın İtibarında 'Filozof' Olmanın Ticari ve İdeolojik Önemi (1736-1819)." Bilim Tarihi 38.1 (2000): 1–24. Yazdır.
• "James Watt'ın Hayatı ve Efsanesi: İşbirliği, Doğal Felsefe ve Buhar Motorunun Geliştirilmesi." Pittsburgh: Pittsburgh Üniversitesi Yayınları, 2019.
• Pugh, Jennifer S. ve John Hudson. "James Watt'ın Kimyasal İşi, F.R.S." Londra Kraliyet Cemiyeti Notları ve Kayıtları 40.1 (1985): 41–52. Yazdır.
• Russell, Ben. "James Watt: Dünyayı Yeniden Yapmak." Londra: Bilim Müzesi, 2014.
• Wright, Michael. "James Watt: Müzik Enstrümanı Üreticisi." Galpin Derneği Dergisi 55 (2002): 104–29. Yazdır.