ביוגרפיה של ג'יימס וואט, ממציא מנוע קיטור מודרני

ג'יימס וואט (19 בינואר 1736 - 25 באוגוסט 1819) היה ממציא, מהנדס וכימאי סקוטי. הוא פיתח מעשי עבודה מנוע קיטור זה השתמש במעבה נפרד; חידוש זה הפך את מנוע הקיטור לכלי שימושי למגוון עצום של שימושים. במובנים רבים, ההמצאה של וואט - או ליתר דיוק, השיפור שלו בהמצאה קודמת, מנוע הקיטור של ניוקומן - היה התנופה הטכנולוגית שמאחורי מהפכה תעשייתית.

עובדות מהירות: ג'יימס וואט

ג'יימס וואט נולד ב -19 בינואר 1736 בגרינוק, סקוטלנד, כילד היחיד שנשאר בחיים מבין ארבעה מג'יימס וואט (1699–1737) ואגנס מוירהד (1901–1754). גרינוק היה כפר דייגים שבמהלך חייו של ואט הפך לעיירה סואנת עם צי ספינות קיטור. סבו של ג'יימס ג'וניור תומאס וואט (1642-1734) היה מתמטיקאי ידוע ומנהל בית ספר מקומי. ג'יימס האב היה אזרח בולט של גרינוק ונגר מצליח ומטפל בספינות שעבד על הוצאת ספינות ועבד על כלי הנגינה, המצפנים והרביעים שלהם. בזמנים שונים היה ג'יימס האב גם השופט הראשי והגזבר של העיר.

ג'יימס וואט היה אינטליגנטי, אך בגלל בריאות לקויה הוא לא הצליח להגיע לבית הספר באופן קבוע. במקום זאת, הוא צבר את הכישורים שבהם יצטרך מאוחר יותר הנדסה ועבודה באמצעות אביו בפרויקטים של נגרות. בגיל 6 ג'יימס וואט פתר בעיות גיאומטריות וביצע את החקירה המוקדמת ביותר שלו לגבי אופי הקיטור, שכלל ניסויים בקומקום התה של אמו. בילדותו, וואט היה קורא מושבע ומצא משהו שיעניין אותו בכל ספר שנכנס לידיו.

כשוואט נשלח לבסוף לבית הספר בכפר, בריאותו הלקויה מנעה את התקדמותו המהירה; רק כשהיה בן 13 או 14 הוא החל להציג את יכולותיו, במיוחד במתמטיקה. זמנו הפנוי בילה ברישום בעיפרון שלו, בגילוף ועבודה על ספסל הכלים בעץ ומתכת. הוא עשה עבודות מכניות גאוניות רבות וכמה דגמים יפהפיים, ונהנה לתקן מכשירים ימיים.

לאחר שאמו נפטרה בשנת 1754, ואט בן ה -18 נשלח לגלזגו להתאמן כסוחר אצל דודו ג'ון מורהד. אחד מקרובי משפחתו של אמו היה יו"ר המחלקה לשפות מזרחיות ומדעים במכללת גלזגו. וואט הפך לחבר בחברה הספרותית שם. הוא פגש גם חוקרים אחרים בגלאזגו שיוכיחו שהם משפיעים ותומכים בקריירה שלו: רוברט דיקפרופסור לפילוסופיה טבעית, רוברט סימפסון במתמטיקה, וויליאם קלן ברפואה וכימיה.

זה היה דיק שהציע לוואט לנסוע ללונדון כדי לקבל הכשרה כיצר מכשירי מתמטיקה. עם מכתב מבוא יצא ואט ללונדון בשנת 1755 והחל לעבוד עם יצרנית הכלים ג'ון מורגן. וואט לא היה חניך באופן רשמי, אך הוא עבד על מכשור מכני: מורגן חשב שהוא מוכשר אך לקח זמן רב מדי לסיים את עבודתו. העבודה עם מורגן הסתיימה ביוני 1756 ודיק קיבל את תפקידו לטווח קצר לעבוד על שעון אסטרונומי, משקף טלסקופים ומכשירי מעבר. ואט חזר לגרינוק בסוף השנה, אך עד מהרה חזר לגלזגו ושם התחיל עסק קטן ביצירת רביעיות. הוא מונה ליצרן מכשירים מתמטיים במכללת גלזגו, שנתמך על ידי המחליף של דיק ג'ון אנדרסון, ועל ידי המחליף והכימאי של קלן. ג'וזף בלאק (1728–1799). שחור ידוע בעיקר בזכות עבודותיו על חימום סמוי וספציפי ובגילויו של פחמן דו חמצני, והוא היה אמור להיות תומך נלהב של ואט.

בשנת 1759, ג'ון רוביסון, סטודנט בגלזגו, הראה לוואט דוגמנית של מנוע קיטור חדש והציע שזה עשוי לשמש להנעה של כרכרות. הניוקומן הומצא והוגש פטנט בשנת 1703 על ידי תומאס ניוקומן (1664–1729), וואט החל לבנות דגמים מיניאטוריים באמצעות גלילי קיטור מפח ובוכנות המחוברים לגלגלי נהיגה באמצעות מערכת הילוכים. בניסויים שלו הוא השתמש בתחילה בניסיונות רופאים ובקנים חלולים למאגרי אדים וצינורות, ובהמשך עיכול של פאפין ומזרק משותף. השילוב האחרון עשה מנוע לא מתואם, בו השתמש בקיטור בלחץ של 15 פאונד לאינץ '. השסתום עבד בעבודת יד, וג'יימס וואט ראה שצריך הילוך שסתום אוטומטי להכנת מכונת עבודה. עם זאת, ניסוי זה לא הוביל לתוצאה מעשית ובמשך השנים הבאות הוא נטש את המחקר הזה.

וואט שהה במכללה עד שנות ה -60 של המאה העשרים, אז התחיל שותפות עם סוחר בשם ג'ון קרייג, שמומן בחלקו עם בלאק. מיזם אחד שלהם היה ייצור אלקלי ממלח - במאה ה -18 ניתן היה לייצר אלקלי רק מצמחים. קרייג וואט היו אחד מכמה אנשים שחיפשו דרך ליצור את זה כימית, מאמץ שלא הושג עד 1820. וואט וקרייג עבדו גם על כבשני חרס וזגגות לייצור כלי חרס מזוגגים מפח.

בשנת 1764 התחתן וואט עם מרגרט מילר, הידועה בשם פגי, בת דודה שהכיר מאז שהיו ילדים. נולדו להם חמישה ילדים, שרק שניים מהם חיו לבגרות: מרגרט, ילידת 1767, וג'יימס השלישי, יליד 1769, שבבגרותו יהפוך לתמיכה ושותף עסקי העיקרי של אביו.

במהלך חורף 1763–1764, ג'ון אנדרסון מגלזגו ביקש מוואט לתקן דגם של מנוע הניוקומן. הוא הצליח לגרום לזה לפעול, אבל היה סקרן מדוע המכונה צורכה כל כך הרבה אדים ומים מעובה. ווטס החל ללמוד את ההיסטוריה של מנוע הקיטור וערך מחקר ניסיוני בתכונות הקיטור.

לדגם מנוע הקיטור של ניוקומן היה דוד שנעשה בקנה מידה והיה מסוגל לספק מספיק אדים כדי להניע מנוע. קוטרו היה בערך תשעה סנטימטרים; צילינדר הקיטור היה בקוטר של שני סנטימטרים והיה לו מכת בוכנה של שישה אינץ '. וואט יצר דוד חדש שיכול למדוד את כמות המים שהתאדה והקיטור התעבה בכל פעימות במנוע.

ואט גילה עד מהרה כי המנוע זקוק לכמות קטנה מאוד של אדים כדי לחמם כמות גדולה מאוד של מים. הוא התחיל מיד לקבוע בדייקנות את המשקלים היחסיים של אדים ומים בגליל הקיטור כשהעיבוי התרחש בהמוטה של ​​המנוע. ג'יימס וואט הוכיח באופן עצמאי את קיומו של "חום סמוי, "שהתגלה על ידי המנטור והתומך שלו ג'וזף בלאק. וואט פנה לבלק עם המחקר שלו, שחלק את הידע שלו עם ואט. וואט מצא את זה, בבית נקודת רתיחה, הקיטור המעבה שלו היה מסוגל לחמם פי שישה ממשקלו של המים המשמשים לייצור עיבוי.

ההבנה שמשקל אדים למשקל הוא סופג ומאגר חום גדול בהרבה מאשר מים, וואט ראה את החשיבות של הקפדה יתרה על מנת לחסוך אותו מבעבר ניסיתי. בתחילה, הוא חסכן בדוד וייצר דודים עם "פגזים" מעץ כדי למנוע הפסדים הולכה ו קרינה. הוא גם השתמש במספר גדול יותר של שפכים מכפי שעל ניוקומן להבטיח ספיגה מלאה יותר של החום מגזי הכבשן. הוא גם כיסה את צינורות הקיטור שלו בחומרים שאינם מוליכים ונקט בכל אמצעי זהירות כדי להבטיח ניצול מוחלט של החום של בעירה.

עד מהרה גילה שמקורות אובדן החום במנוע הניוקומן הם:

• פיזור החום על ידי הצילינדר עצמו שהיה מפליז והיה גם מוליך טוב וגם רדיאטור טוב.
• אובדן החום כתוצאה מהצורך בקירור הצילינדר בכל פעימות בייצור ואקום.
• אובדן הכוח כתוצאה מלחץ האדים מתחת לבוכנה, שהיה תוצאה של שיטת העיבוי הלא מושלמת.

הניסיון הראשון שלו לצילינדר של חומר שאינו מוליך היה עשוי עץ ספוג בשמן ואז אפוי, מה שאכן הגביר את חסכון הקיטור. לאחר מכן הוא ערך סדרת ניסויים מדויקים מאוד על טמפרטורת ולחץ הקיטור על ידי מדידת כמות הקיטור המשמשת בכל פעימות במנוע. הוא הצליח לאשר את מסקנתו הקודמת כי שלוש רבעים מהחום שסופק למנוע התבזבז.

לאחר חקירותיו המדעיות, ג'יימס וואט עבד על שיפור מנוע הקיטור מתוך הבנה מושכלת של הליקויים הקיימים שלו וידע על הגורם להם. ואט ראה עד מהרה שכדי לצמצם את ההפסדים בעבודת הקיטור בגליל הקיטור, יהיה צורך למצוא דרך לשמור על הגליל כל הזמן חם כמו האדים שנכנסו זה.

לדברי ג'יימס וואט: "הרעיון עלה במוחי שכפי שאדים היו גוף אלסטי, הוא ימהר לוואקום, ואם התקשורת נוצרה בין הצילינדר לכלי מותש, הוא ימהר לתוכו ואולי יהיה שם מרוכז ללא קירור הצילינדר. ואז ראיתי שעלי להיפטר מהקיטור המעובה והמים הזרוקים אם הייתי משתמש במטוס, כמו במנוע של ניוקומן. שתי דרכים לעשות זאת עלו בדעתי: ראשית, המים עלולים להיגמר על ידי צינור יורד, אם ניתן היה להשיג סילון כבוי בעומק 35 או 36 רגל, וכל אוויר עשוי להוציא באמצעות משאבה קטנה. השנייה הייתה, להפוך את המשאבה לגדולה מספיק כדי לחלץ מים וגם אוויר. "

הוא המשיך, "כשניתחה אותה, ההמצאה לא תיראה גדולה ככל שנדמה. במצב בו מצאתי את מנוע הקיטור, לא היה לי שום מאמץ גדול לראות שכמות הדלק הדרושה בכדי לגרום לו לעבוד תמנע לנצח את השימוש הרחב שלה. השלב הבא בהתקדמתי היה קל באותה מידה - לברר מה היה הגורם לצריכת הדלק הרבה. גם זה הוצע בקלות, כלומר, בזבוז הדלק שהיה נחוץ בכדי להביא את כל הצילינדר, הבוכנה, וחלקים סמוכים מקור המים לחום האדים, לא פחות מ- 15 עד 20 פעמים בדקה. "

ג'יימס וואט המציא את הקבל הנפרד הכל-חשוב שלו. הוא המשיך לערוך בדיקה ניסיונית של ההמצאה החדשה שלו. הדגם הקטן שלו עבד טוב מאוד, והשלמות של הוואקום הייתה כזו שהמכונה הרימה משקל של 18 פאונד התלוי ממוט הבוכנה. לאחר מכן הוא בנה דגם גדול יותר, ותוצאת הבדיקה אישרה את תוצאות הניסויים הראשונים שלו.

וואט לקח שנים להבין את פרטי מנוע הקיטור החדש. ראשית, ואט נאלץ למצוא דרך למנוע את קבלת הקבל במים. הוא ניסה מספר גישות, כולל משאבת אוויר, שהקלה על הקבל של המים והאוויר שנאסף בקבל והפחית את הוואקום. לאחר מכן הוא החליף שמן ומגד מים במים המשמשים לשמן הבוכנה, תוך שמירה על אדים מהודקים ומונע את צינון הצילינדר. גורם נוסף לקירור הצילינדר ולבזבוז חשמל כתוצאה מכך בהפעלתו היה כניסה של אוויר, שהלכה אחרי הבוכנה במורד הצילינדר בכל פעימה, וקיררה את פנים שלה על ידיה איש קשר. הממציא מנע זאת מלהכסה את חלקו העליון של הצילינדר והקיף את הגליל כולו בחיצוניות מעטפת, או "מעיל אדים", שאפשר לאדים מהדוד לעבור סביב גליל הקיטור ולחץ על המשטח העליון של בוכנה.

לאחר שבנה את המנוע הניסוי הגדול יותר שלו, שכר ואט חדר בקוטג 'ישן ושומם. שם הוא עבד עם המכונאי פולם גרדינר. וואט הכיר זה עתה את ג'ון רובוק, רופא עשיר, אשר הקים לאחרונה, יחד עם בעלי הון סקוטים אחרים, את עבודות הברזל המהוללות. רובוק החל לתמוך במאמציו של ואט כלכלית וואט כתב לרובוק בתיאור התקדמותו.

באוגוסט 1765 הוא ניסה את המנוע הקטן וכתב לרובוק כי הייתה לו "הצלחה טובה", למרות שהמכונה הייתה מאוד לא מושלמת, והודיע ​​לרובוק שהוא מתחיל להפוך את הדגם הגדול יותר. באוקטובר 1765 סיים את מנוע הקיטור הגדול. המנוע, בעודו מוכן לניסיון, עדיין היה רחוק מלהיות מושלם. זה בכל זאת עשה עבודה טובה למכונה כה גסה.

לרוע המזל, עד שנת 1765, ג'יימס וואט הצטמצם לעוני, ולאחר שלווה סכומים ניכרים מחברים, הוא נאלץ לבסוף לחפש עבודה כדי לדאוג למשפחתו. בפרק זמן של כשנתיים הוא תמך בעצמו כמהנדס אזרחי, סקר וניהל את הבניין של כמה תעלות בסקוטלנד ובחינת שדות פחם בשכונת גלזגו עבור שופטי בית חולים עיר. עם זאת, הוא לא ויתר לחלוטין על המצאתו.

בשנת 1767, רובוק נטל על עצמו את התחייבויותיו של ואט בסך 1,000 לירות שטרלינג והסכים לספק עוד הון בתמורה לשני שלישים מהפטנט של ואט. מנוע נוסף נבנה עם צילינדר קיטור בקוטר של שמונה או שמונה אינץ ', שהסתיים בשנת 1768. זה עבד מספיק כדי לגרום לשותפים לבקש פטנט, והמפרט והציורים הושלמו והוצגו בשנת 1769.

וואט גם בנה והקים מספר מנועי ניוקומן, חלקם, אולי, כדי להכיר את עצמו יותר לעומק את הפרטים המעשיים של בניית המנוע. בינתיים הוא הכין תוכניות ובנה מנוע גדול יחסית בינוני מסוגו. צילינדר הקיטור שלו היה בקוטר 18 אינץ ', ושבץ הבוכנה היה מטר וחצי. מנוע זה נבנה בקניל והסתיים בספטמבר 1769. לא הכל היה משביע רצון גם בבנייתו וגם לא בהפעלתו. הקבל היה מעבה על פני השטח שהורכב מצינורות דומים לאלה ששימשו בדגם הקטן הראשון שלו ולא הוכיח שהוא הדוק באופן מספק. בוכנת הקיטור דלפה ברצינות, וניסויים חוזרים ונשנים רק שימשו להבהרת פגמיו. הוא נעזר בתמיכה כלכלית ומוסרית על ידי ג'וזף בלאק וגם ג'ון רובוק, אך הוא הרגיש מאוד בנוגע לסיכונים שסיכם לערב את חבריו בהפסדים קשים והפך מאוד נואש.

ואט כתב לבלק ואמר: "מכל הדברים בחיים, אין דבר טיפשי יותר מאשר להמציא; וכנראה שרוב הממציאים הובלו לאותה דעה על ידי חוויותיהם שלהם. "

בשנת 1768 נסע ג'יימס וואט ללונדון כדי להגיש את הפטנט שלו, ובדרך הוא פגש את מתיו בולון. בוליון היה הבעלים של חברת ייצור בבירמינגהם הידועה בשם Soho Manufactory, אשר יצרה מוצרי מתכת קטנים. הוא ירש את עסקיו של אביו ובנה אותו במידה ניכרת. הוא ועסקיו היו ידועים מאוד בתנועת ההארה האנגלית של אמצע המאה ה -18.

בוליון היה מלומד טוב, בעל ידע רב בשפות ובמדעים - במיוחד מתמטיקה - למרות שעזב את בית הספר כנער כדי לעבוד בחנות של אביו. בחנות הוא הציג עד מהרה מספר שיפורים יקרי ערך ותמיד חיפש רעיונות אחרים שעשויים להיות מוכנסים לעסקיו.

הוא גם היה חבר המפורסם אגודת הירח של בירמינגהםקבוצה של גברים שנפגשו יחד כדי לדון בפילוסופיה טבעית, הנדסה ופיתוח תעשייתי: חברים אחרים כללו את מגלה החמצן ג'וזף פריסטלי,ארסמוס דרווין (סבו של צ'רלס דארווין), והקדר הניסוי Josiah Wedgewood. וואט הצטרף לקבוצה לאחר שהפך להיות בן זוגו של בוליון.

בוליטון היה תלמיד חכם מצועצע ונמרץ בנג'מין פרנקלין בשנת 1758, שביקר אז בסוהו. עד שנת 1766, גברים נכבדים אלה היו תואמים, ושוחחו בין היתר על תחולת כוח הקיטור למטרות שימושיות שונות. הם תכננו מנוע קיטור חדש ובולטון בנה דגם, שנשלח לפרנקלין והוצג על ידו בלונדון. הם טרם התוודעו לקיומו של ג'יימס וואט.

כאשר בולטון פגש את ואט בשנת 1768, הוא אהב את המנוע שלו והחליט לקנות עניין בפטנט. בהסכמתו של רובוק הציע וואט לבולטון אינטרס של שליש. למרות שהיו כמה סיבוכים, בסופו של דבר הציע רובוק להעביר למתיו בוליטון מחצית מהבעלות שלו בהמצאותיו של וואט בסכום של 1,000 פאונד. הצעה זו התקבלה בנובמבר 1769.

בנובמבר 1774 הודיע ​​וואט סוף סוף לבן זוגו הוותיק רובוק שהוא ביצע משפט מוצלח של מנוע קילמייל. הוא לא כתב בהתלהבות והפזרנות הרגילים שלו; במקום זאת הוא פשוט כתב: "מנוע האש שהמצאתי הולך כעת ועונה הרבה יותר טוב מכל אחר שעבר, ואני מצפה שה המצאה יועיל לי מאוד. "

אחת הסיבות לחוסר ההתלהבות שלו הייתה שאשתו נפטרה במהלך הלידה בשנה הקודמת, בספטמבר 1773. ווט קבר את הרטסיק בעבודה. מאמצע פברואר 1774 עבד על מדחומים וברומטרים. הוא סיים את עסק ההנדסה האזרחית בסקוטלנד (בין היתר בגלל משבר פיננסי בסקוטלנד) ובמאי נסע דרומה לבירמינגהם, שם הצטרף לחברת Lunar. בשנת 1775 הוא התחבר לשותפות במשרה מלאה עם מתיו בוליטון.

מאותה נקודה קדימה, חברת בוליון וואט הצליחה לייצר מגוון מנועים עובדים עם יישומים בעולם האמיתי. חידושים ופטנטים חדשים הוצאו למכונות שניתן להשתמש בהן לטחינה, אריגה וטחינה. מנועי קיטור הוכנסו לשימוש הובלה ביבשה וגם במים. כמעט כל המצאה חשובה ומוצלחת שסימנה את היסטוריה של כוח קיטור מקורו במשך שנים רבות בסדנאות בוליטון וואט.

עבודתו של וואט עם בוליטון הפכה אותו לדמות בעלת קומה בינלאומית בקרב אנשי אותיות. הפטנט שלו בן 25 שנה הביא לו עושר; והוא ובולטון הפכו למובילים בתחום ההשכלה הטכנולוגית באנגליה, עם מוניטין מוצק של הנדסה חדשנית. וואט התחתן עם אן מקגרגור בשנת 1776 ונולדו להם שני ילדים (גרגורי וג'סי), שניהם ימותו צעירים. ג'יימס וואט ג'וניור, בנו מאשתו הראשונה, שרד את אביו והמשיך בתפקיד בהמשך ההארה האנגלית.

כתוצאה משותפותו עם מתיו בוליטון, ג'יימס וואט הפך לאדם עשיר מאוד, ובנה אחוזה אלגנטית המכונה "בית הית'פילד" בהנדסוורת ', סטפורדשייר. הוא פרש בשנת 1800 ובילה את שארית חייו בפנאי ובנסיעות לבקר חברים ובני משפחה. הוא נפטר ב- 25 באוגוסט 1819 בהיתפילד. הוא נקבר בבית הקברות של כנסיית סנט מרי בהנדסוורת '.

בצורה מאוד משמעותית, המצאותיו של וואט דרבנו את המהפכה התעשייתית וחידושיה של העידן המודרני, החל מכוניות ורכבות וכלה במפעלים והנושאים החברתיים שהתפתחו כ תוצאה. בנוסף שמו של ואט צורף לרחובות, מוזיאונים ובתי ספר. סיפורו עורר השראה לספרים, סרטים ויצירות אמנות, כולל פסלים בגני פיקדילי ובקתדרלת סנט פול.

על הפסל בסנט פול חרוטים המלים: "ג'יימס וואט... הגדיל את משאבי ארצו, הגדיל את כוחו של האדם, ועלו למקום בולט בקרב חסידי המדע המהוללים ביותר ומיטיביהם האמיתיים של עולם. "

• ג'ונס, פיטר מ. "לחיות את ההארה ואת המהפכה הצרפתית: ג'יימס וואט, מתיו בולטון, ובניהם." כתב העת ההיסטורי 42.1 (1999): 157–82. הדפס.
• הילס, ריצ'רד ל. "כוח מאדים: היסטוריה של מנוע הקיטור הנייח." קיימברידג ': הוצאת אוניברסיטת קיימברידג', 1993.
• מילר, דייוויד פיליפ. "'נפוח ג'יימי': החשיבות המסחרית והאידיאולוגית של להיות "פילוסוף" במקרה של מוניטין של ג'יימס וואט (1736–1819)." תולדות המדע 38.1 (2000): 1–24. הדפס.
• "חייו ואגדתו של ג'יימס וואט: שיתוף פעולה, פילוסופיה טבעית ושיפור מנוע הקיטור." פיטסבורג: אוניברסיטת פיטסבורג עיתונות, 2019.
• פו, ג'ניפר ס. וג'ון הדסון. "העבודה הכימית של ג'יימס וואט, F.R.S." הערות ורשומות של החברה המלכותית של לונדון 40.1 (1985): 41–52. הדפס.
• ראסל, בן. "ג'יימס וואט: להפוך את העולם מחדש." לונדון: מוזיאון המדע, 2014.
• רייט, מייקל. "ג'יימס וואט: יוצר כלי נגינה." כתב העת של חברת גלפין 55 (2002): 104–29. הדפס.