Biografi om James Watt, uppfinnare av den moderna ångmotorn

Tidigt liv och träning

James Watt föddes den 19 januari 1736 i Greenock, Skottland, som äldst o f de fem överlevande barnen till James Watt och Agnes Muirhead. Greenock var en fiskeby som blev en livlig stad med en flotta av ångfartyg under Watts livstid. James Jrs farfar, Thomas Watt, var en välkänd matematiker och lokal skolmästare. James Sr. var en framstående medborgare i Greenock och en framgångsrik snickare och skeppsbyggare som utrustade fartyg och reparerade deras kompasser och andra navigationsanordningar. Han tjänstgjorde också periodvis som Greenocks högsta magistrat och kassör.

’Watts första experiment’, 1700-talet, (c1870). James Watt (1736-1819) skotsk ingenjör som som pojke experimenterade med tekokaren vid matbordet i sitt barndomshem i Greenock. I bakgrunden till vänster står hans pappas assistent hos en kund i snickeriet.

Trots att han visade en fallenhet för matematik, hindrade den unge James dåliga hälsa honom från att gå på Greenock Grammar School regelbundet. Istället fick han de färdigheter han senare skulle behöva inom maskinteknik och användning av verktyg genom att hjälpa sin far med snickeriprojekt. Den unge Watt var en ivrig läsare och hittade något som intresserade honom i varje bok som kom i hans händer. Vid 6 års ålder löste han geometriska problem och använde sin mammas tekanna för att undersöka ånga. I sina tidiga tonåringar började han visa upp sina förmågor, särskilt i matematik. På fritiden skissade han med sin penna, ristade och arbetade vid verktygsbänken med trä och metall. Han gjorde många geniala mekaniska arbeten och modeller och tyckte om att hjälpa sin far att reparera navigationsinstrument.

Sedan hans mor dog 1754, 18-åriga gamle Watt reste till London, där han fick utbildning till instrumentmakare. Även om hälsoproblem hindrade honom från att slutföra en ordentlig lärlingsutbildning, kände han 1756 att han hade lärt sig tillräckligt ”för att arbeta lika bra som de flesta gesäller.” 1757 återvände Watt till Skottland. Han bosatte sig i den stora kommersiella staden Glasgow och öppnade en butik på University of Glasgows campus, där han tillverkade och reparerade matematiska instrument som sextanter, kompasser, barometrar och laboratorievågar. Medan han var på universitetet blev han vän med flera forskare som skulle visa sig vara inflytelserika och stödja hans framtida karriär, inklusive den berömda ekonomen Adam Smith och den brittiske fysikern Joseph Black, vars experiment skulle visa sig vara avgörande för Watts framtida ångmotorkonstruktioner.

James Watt som ung, c1769. Artist: James Scott.Print Collector / Getty Images

År 1759 bildade Watt ett partnerskap med den skotske arkitekten och affärsmannen John Craig för att tillverka och sälja musikinstrument och leksaker. Partnerskapet varade till 1765 och sysselsatte ibland upp till 16 arbetare.

År 1764 gifte Watt sig med sin kusin, Margaret Millar, känd som Peggy, som han hade känt sedan de var barn. De fick fem barn, varav endast två levde till vuxen ålder: Margareta, född 1767, och James III, född 1769, som i vuxen ålder skulle bli sin fars främsta supporter och affärspartner. Peggy dog ​​under förlossningen 1772, och 1777 gifte Watt sig med Ann MacGregor, dotter till en färgmakare i Glasgow. Paret fick två barn: Gregory, född 1777, och Janet, född 1779.

Vägen till en bättre ångmaskin

År 1759 visade en student vid University of Glasgow Watt en modell av en Newcomen ångmaskin och föreslog att den skulle kunna användas – istället för hästar – för att driva vagnar . Patenterad 1703 av den engelske uppfinnaren Thomas Newcomen, fungerade motorn genom att dra in ånga i en cylinder, vilket skapade ett partiellt vakuum som gjorde det möjligt för det ökade atmosfärstrycket att trycka in en kolv i cylindern. Under 1700-talet användes Newcomen-motorer i hela Storbritannien och Europa, mest för att pumpa ut vatten ur gruvor.

Newcomen atmosfärisk ångmaskin.

Fascinerad av Newcomen-motorn började Watt bygga miniatyrmodeller med tennångcylindrar och kolvar fäst vid drivande hjul med ett system av kugghjul. Under vintern 1763–1764 bad John Anderson i Glasgow Watt att reparera en modell av en Newcomen-motor. Han kunde få igång den, men förbryllad över dess slöseri med ånga började Watt studera ångmaskinens historia och genomförde experiment i ångans egenskaper.

Watt oberoende bevisade förekomsten av latent värme (den värme som krävs för att omvandla vatten till ånga), vilket hade teoretiserats av hans mentor och anhängare Joseph Black. Watt gick till Black med sin forskning, som gärna delade med sig av sin kunskap. Watt kom ifrån samarbetet med idén som satte honom på vägen mot en förbättrad ångmaskin baserad på hans mest kända uppfinning – den separata kondensorn.

The Watt Steam Engine

Watt insåg att det största felet i Newcomens ångmaskin var dålig bränsleekonomi på grund av dess snabba förlust av latent värme. Medan Newcomens motorer erbjöd förbättringar jämfört med tidigare ångmotorer, var de ineffektiva när det gällde mängden kol som brändes för att producera ånga kontra kraft som producerades av den ångan. I Newcomen-motorn sprutades omväxlande ångastrålar och kallt vatten in i samma cylinder, vilket innebar att cylinderns väggar växelvis värmdes upp och kyldes med varje upp-och-nedslag av kolven. Varje gång ånga kom in i cylindern, fortsatte den att kondensera tills cylindern kyldes tillbaka till sin arbetstemperatur av kallvattenstrålen. Som ett resultat gick en del av den potentiella kraften från ångans värme förlorad med varje cykel av kolven.

James Watts ångmaskin på jobbet.

Utvecklad i maj 1765, Watts lösning var att utrusta sin motor med en separat kammare som han kallade en ”kondensator” där kondensering av ångan sker. Eftersom kondenseringskammaren är skild från arbetscylindern som innehåller kolven, sker kondensation med mycket liten värmeförlust från cylindern. Kondensorkammaren förblir kall och under atmosfärstryck hela tiden, medan cylindern förblir varm hela tiden.

I en Watt-ångmaskin dras ånga in i kraftcylindern under kolven från pannan. När kolven når toppen av cylindern stänger en inloppsventil som tillåter ånga att komma in i cylindern samtidigt som en ventil som tillåter ånga att komma ut i kondensorn öppnas. Det lägre atmosfärstrycket i kondensorn drar in ångan, där den kyls och kondenseras från vattenånga till flytande vatten. Denna kondensationsprocess upprätthåller ett konstant partiellt vakuum i kondensorn, som leds till cylindern av ett anslutningsrör. Externt högt atmosfärstryck trycker sedan tillbaka kolven nerför cylindern för att slutföra kraftslaget.

Att separera cylindern och kondensorn eliminerade värmeförlusten som plågade Newcomen-motorn, vilket gjorde att Watts ångmaskin kunde producera samma ”hästkrafter” samtidigt som den förbrände 60 % mindre kol. Besparingarna gjorde det möjligt för Watt-motorer att användas inte bara i gruvor utan överallt där ström behövdes.

År 1768, efter att ha tillverkat småskaliga arbetsmodeller, ingick Watt ett samarbete med den brittiske uppfinnaren och köpmannen John Roebuck för att bygga och marknadsföra fullstora ångmaskiner. 1769 beviljades Watt patent på sin separata kondensor. Watts berömda patent med titeln ”A New Invented Method of Lessening the Consumption of Steam and Fuel in Fire Engines” anses till denna dag vara ett av de mest betydelsefulla patenten som någonsin beviljats ​​i Storbritannien.

Partnerskap med Matthew Boulton

När han reste till London för att ansöka om sitt patent 1768 träffade Watt Matthew Boulton, ägare till ett tillverkningsföretag i Birmingham känt som Soho Manufactory, som tillverkade små metallvaror. Bolton och hans företag var mycket välkända och respekterade i mitten av 1700-talets engelska upplysningsrörelse.

Boulton var en duktig forskare, med betydande kunskaper om språk och vetenskap – särskilt matematik – trots att han lämnade skolan som pojke för att arbeta i sin fars butik. I butiken introducerade han snart ett antal värdefulla förbättringar och han var alltid på jakt efter andra idéer som kunde introduceras i hans verksamhet.

Han var också medlem i det berömda Lunar Society of Birmingham, en grupp män som träffades för att diskutera naturfilosofi, ingenjörskonst och industriell utveckling tillsammans: andra medlemmar var upptäckaren av oxygen Joseph Priestley, Erasmus Darwin (farfar till Charles Darwin), och den experimentella krukmakaren Josiah Wedgwood. Watt gick med i gruppen efter att han blev Boultons partner.

En flamboyant och energisk forskare, Boulton stiftade bekantskap med Benjamin Franklin 1758. År 1766 var dessa framstående män korresponderande och diskuterade bland annat tillämpligheten av ångkraft på olika användbara syften. De designade en ny ångmaskin och Boulton byggde en modell, som skickades till Franklin och ställdes ut av honom i London. De hade ännu inte blivit medvetna om Watt eller hans ångmaskin.

Boulton och Watt Working Steam Engines

Boulton & Watt ångmaskin, 1784.

Från den tidpunkten och framåt kunde företaget Boulton och Watt producera en rad fungerande motorer med verkliga tillämpningar. Nya innovationer och patent togs ut för maskiner som kunde användas för slipning, vävning och fräsning. Ångmaskiner togs i bruk för transporter på både land och vatten. Nästan varje framgångsrik och viktig uppfinning som präglat ångkraftens historia under många år har sitt ursprung i Boultons och Watts verkstäder.

Watt byggde en elegant herrgård känd som ”Heathfield Hall” i Handsworth, Staffordshire . Han gick i pension år 1800 och tillbringade resten av sitt liv med fritid och resor för att besöka vänner och familj.

Legacy

1878: En bärbar James Watt-ångmaskin.

På ett mycket meningsfullt sätt drev Watts uppfinningar den industriella revolutionen och moderna innovationer, allt från bilar, tåg och ångbåtar, till fabriker, för att inte tala om det sociala frågor som utvecklats som ett resultat. Idag är Watts namn knutet till gator, museer och skolor. Hans berättelse har inspirerat böcker, filmer och konstverk, inklusive statyer i Piccadilly Gardens och St. Paul’s Cathedral.

På statyn på St. Paul’s är orden ingraverade: ”James Watt … förstorade resurserna i sitt land, ökade människans makt och steg till en eminent plats bland de mest lysande anhängare av vetenskapen och världens verkliga välgörare.”

Källor och ytterligare referenser

Jones, Peter M. ” Att leva upplysningen och den franska revolutionen: James Watt, Matthew Boulton, och deras söner.” The Historical Journal 42.1 (1999): 157–82. Skriva ut.

Hills, Richard L. ” Power from Steam: A History of the Stationary Steam Engine.” Cambridge: Cambridge University Press, 1993.

• Miller, David Philip. ”’Puffing Jamie’: Den kommersiella och ideologiska betydelsen av att vara en ’filosof’ i fallet med James Watts rykte (1736–1819).” Vetenskapens historia, 2000, https://journals.sagepub.com/doi/abs/10.1177/007327530003800101.

• ”De Life and Legend of James Watt: Collaboration, Natural Philosophy, and the Improvement of the Steam Engine
  . ” Pittsburgh: University of Pittsburgh Press, 2019.

• Pugh, Jennifer S. och John Hudson. ”

  The Chemical Work of James Watt, FRS” Anteckningar och uppteckningar från Royal Society of London, 1985.

• Russell, Ben. ”
  

  James Watt: Making the World Anew

  .” London: Science Museum, 2014.

• Wright, Michael. ”

  James Watt: Musical Instrument Maker.” The Galpin Society Journal 55, 2002.