Джеймс Уатт был отцом промышленной революции, изобретателем, инженером и ученым. Он внес решающую роль в преобразовании сельского хозяйства к технологическому.
Краткое руководство по изобретениям и открытиям Джеймса Уатта:
• радикально улучшил паровой двигатель, начав тем самым промышленную революцию.
• продолжил создавать новые изобретения, что в конечном итоге привело к тому, что двигатель потреблял на 80% меньше топлива, чем более ранние модели двигателей.
• изобрел паровые двигатели высокого давления, способные еще более эффективно работать, но в то время их нельзя было безопасно эксплуатировать.
• ввел единицу измерения «лошадиная сила».
• был первым, кто предположил, что вода состоит из водорода в сочетании с кислородом.
• открыл научную концепцию скрытого тепла.
• изобрел первый в мире копировальный аппарат.
Детство
Джеймс Уатт родился в 1736 году в городе Гринок в Великобритании. Он был родом из успешной семьи. Его дедушка преподавал математику, а отец был плотником, который строил корабли. Мама была хорошо образована. Она учила Джеймса вместе с отцом чтению, письму и арифметике.
Благодаря этому, Джеймс преуспел в математике и естественных науках в средней школе, но его языковые навыки были менее впечатляющими. У него были проблемы со здоровьем, и большая часть его обучения проходила дома, где он отдыхал, наблюдая, как рыбацкие лодки возвращаются в порт и большие парусные суда, прибывающие с табаком из Америки. Однажды, благодаря его изобретательному уму, такие корабли будут приводиться в движение двигателями, а не парусами.
В восемнадцать лет, после смерти его матери, Джеймс отказался от своих планов поступить в университет. Вместо этого он обучался в Лондоне как научный приборостроитель, специализирующийся на математических и морских инструментах. В течение двух месяцев его навыки были выше, чем у других учеников, которые тренировались уже два года. После года работе в Лондоне, он нашел вакансию в Университете Глазго, где он ремонтировал приборы для астрономического факультета.
Университет Глазго
Профессора университета вскоре поняли, что молодой человек в мастерской был удивительно умным. Они начали звать его к себе, чтобы обсудить их работу и помочь организовать семинар в университете. И уже тогда, он начал изучать немецкий и итальянский язык, чтобы читать больше научной литературы.
Ватт подружился с Адамом Смитом, который основал академическую дисциплину экономики и написал «Богатство народов». Он также подружился с химиком Джозефом Блэком, который открыл магний и независимо от Уатта, изобрел концепцию скрытого тепла.
В 1759 году, через четыре года после его прибытия в Глазго, 23-летний Джеймс Уатт заинтересовался паровыми двигателями.
Это произошло, когда профессор Джон Робинсон, обсудил с ним возможность создания паровой машины. Хотя их идеи об автомобиле были непрактичными, семя было посеяно в плодородном уме Уатта.
Профессор Робинсон тоже не стоял на месте. Он был первым, кто опубликовал закон обратных квадратов для электрических сил, и изобрел сирену.
В 1763 году, в возрасте 27 лет, Уатту удалось ознакомиться с работающим паровым двигателем Newcomen. И он был удивлен, как он мало работал.
А ведь двигатели Newcomen использовались в Великобритании уже в течение 50 лет, и никто не нашел способа их улучшить. Они работали по принципу, что поршень в цилиндре приводился в движение в одном направлении струей пара, которая нагревала воздух в цилиндре, расширяя его. Вместо пара вводилась холодная вода, чтобы охладить воздух в цилиндре, создавая частичный вакуум, который тянул поршень назад в другом направлении, чтобы начать снова с впрыска горячего пара.
Уатт решил, что сможет сделать двигатель лучше. И потратил два года на размышления и эксперименты.
Благодаря научному пониманию поведения воды и принципу скрытой теплоты он понял, что проблема с паровым двигателем Newcomen заключается в следующем: тепло использовалось двигателем для генерации пара, но когда пар выполнил свою работу, цилиндр был охлажден водой. Нагрев и охлаждение одного и того же цилиндра для каждого хода поршня обходились очень дорого с точки зрения энергии, необходимой для этого.
Паровая машина Джеймса Уатта
Ватт переработал двигатель. Его идея состояла в том, что давление воздуха будет толкать поршень в частичный вакуум, образующийся при конденсации пара в жидкую воду. Пар превращался в воду в конденсаторе Уатта, который был окружен холодной водой.
Этому способствовал вакуумный насос, подключенный к конденсатору, который забирал горячую воду, образованную конденсирующимся паром, и возвращал ее, еще горячую, в котел, готовый к превращению в пар.
К концу 1765 года 29-летний Уатт построил свой первый небольшой паровой двигатель с отдельной камерой конденсации и паровой рубашкой. Начало промышленной революции приближалось, но еще не началось. В 1769 году, в возрасте 33 лет, Уатт запатентовал свой новый двигатель.
От малых двигателей до промышленной сверхдержавы
Уатту принадлежал один из самых важных патентов в истории человечества. Он продал его Джону Робаку, фабрика которого обанкротилась.
Мэтью Боултон из Бирмингема купил патентные права на паровой двигатель Ватта.
В 1775 году Уатт отпраздновал свое 39-летие и начал очень успешное 25-летнее сотрудничество с Боултоном. Партнерство представляло собой идеальное сочетание научной и инженерной изобретательности Уатта, а также производственных и коммерческих навыков Боултона.
Через одиннадцать лет после того, как Уатт построил свой первый небольшой паровой двигатель, его двигатели начали устанавливать для откачки воды из шахт. Ежегодная плата, которую владельцы шахты платили за машины, составляла треть стоимости экономии топлива.
Новости о новых сверхэффективных двигателях быстро распространились, и с появлением паровых двигателей Уатта началась промышленная революция.
Шли годы, двигатели Boulton & Watt находили все более широкое применение, и Соединенное Королевство было охвачено промышленной революцией. Боултон и Уатт начали экспортировать свои новые технологии по всему миру.
Джеймс Уатт в старости
В 1800 году в возрасте 64 лет очень богатый Уатт вышел на пенсию. Срок действия патента истек, он и Мэтью Боултон передали свое партнерство своим сыновьям, Джеймсу Уатту Джуниору и Мэтью Робинсону Боултону, которые успешно продолжили дело отцов.
Уатт продолжил исследовательскую работу в своей отставке. Он запатентовал копировальный аппарат, двигатель двойного действия, роторный двигатель и индикатор давления пара.
Роторный двигатель имел решающее значение, потому что он позволял двигателям приводить в движение колеса, а не простое движение вверх-вниз от более ранних двигателей.
Джеймс Уатт умер в 1819 году, в возрасте 83 лет.
