James Watt, Padre del moderno motore a vapore

James Watt è stato un inventore scozzese, ingegnere meccanico e chimico più famoso per il suo lavoro sul primo motore a vapore moderno al mondo. Avrebbe modificato il motore a vapore Newcomen per migliorare la sua efficienza attraverso il suo pensiero creativo e la conoscenza scientifica della progettazione di strumenti. Il lavoro di James sul motore a vapore si sarebbe rivelato un contributo sostanziale al mondo e uno che, in non piccola parte, avrebbe aiutato a alimentare la rivoluzione industriale in patria in Gran Bretagna e nel resto del mondo.,

James avrebbe inizialmente preso il lavoro di costruzione di strumenti presso l’Università di Glasgow. Mentre ci sarebbe diventato interessato a motori a vapore. Si rendeva presto conto che i motori a vapore esistenti sprecavano energia raffreddando e riscaldando ripetutamente il cilindro. Per risolvere questo ha introdotto un miglioramento semplice ma significativo sul design. Un condensatore separato. Ciò ha evitato la necessità di sprecare energia e ha migliorato radicalmente la potenza, l’efficienza e l’economicità dei motori a vapore.

James Watt avrebbe migliorato in modo incrementale il design del motore nel corso degli anni., Ha aggiunto il movimento rotatorio ed ha ampliato le applicazioni dei motori agli usi oltre appena pompare l’acqua. Watt avrebbe tentato di commercializzare la sua invenzione, ma sperimentato molte battute d’arresto finanziarie. Questo fino a quando non entrò in una partnership con Matthew Boulton nel 1775. La coppia avrebbe formato una nuova società, Boulton, e Watt, che alla fine sarebbe diventato molto successo. Watt alla fine sarebbe diventato un uomo molto ricco.

Durante il suo ritiro, Watt avrebbe continuato ad armeggiare via. Ha sviluppato diverse nuove invenzioni, ma nessuno di loro erano così significativo come il motore a vapore., Sarebbe poi morto all’età di 83 anni.

I primi anni

James Watt nacque il 19 gennaio 1736 a Greenock, nel Renfrewshire, in Scozia. Suo padre era il tesoriere e magistrato di Greenock. Ha anche gestito un business di costruzione di navi e case di successo.

Sua madre, Agnes Muirhead, proveniva da una famiglia distinta ed era ben istruita. Entrambi i suoi genitori erano presbiteriani e forti Covenanters., Il nonno di Watt, Thomas Watt, era in realtà un insegnante di matematica e bailee al barone di Cartsburn. È interessante notare che dato il fatto che è stato cresciuto da genitori religiosi, sarebbe poi diventato un deista.

L’infanzia di James sarebbe stata afflitta da mal di denti ed emicranie. A causa di questa condizione medica, non fu in grado di frequentare regolarmente la scuola. A causa di questo, James è stato a casa insegnato dai suoi genitori inizialmente. Sua madre insegnò a James come leggere mentre suo padre gli insegnò l’aritmetica e la scrittura. Avrebbe poi frequentare una scuola di grammatica dove ha imparato il latino, greco, e la matematica.,

James Watt mostrerebbe un grande livello di destrezza manuale, abilità ingegneristiche e un’attitudine per la matematica. Altri argomenti come il latino e il greco non lo interessavano molto.

Una parte importante dell’educazione di James erano i laboratori di suo padre. Qui James ha lavorato con i propri strumenti, panchina, e anche una fucina. Passava il suo tempo nei laboratori a fare modelli come gru e organi a botte. Divenne rapidamente familiarità con gli strumenti della nave troppo.,

Il suo tempo presso i laboratori di suo padre lo ha aiutato a decidere rapidamente cosa voleva fare della sua vita, almeno all’inizio. Durante l’adolescenza di James suo padre avrebbe perso la sua eredità a causa di disastri commerciali e la morte di sua madre.

James sceglie il suo destino

A 17 anni James decide di diventare un costruttore di strumenti matematici. James Watt prima si trasferì a Glasgow, dove uno dei parenti di sua madre ha tenuto conferenze presso l’università. James avrebbe anche incontrare Robert Dick mentre a Glasgow., Dick incoraggiò Watt a padroneggiare l’abilità di fare strumenti trasferendosi e lavorando come apprendista a Londra. James ha agito su questo consiglio e nel 1755 si trasferì a Londra dopo aver trovato un maestro disposto a insegnargli.

Quel maestro volenteroso era un certo John Morgan. Era un produttore di strumenti che ha accettato di prenderlo ma con poca paga. James avrebbe finito per lavorare lunghe ore continuamente in un laboratorio freddo. Per questo motivo, la sua salute è diminuita.,

Le sue abilità superarono gli altri apprendisti di John e fu in grado di completare il suo mandato in un anno, che normalmente si estendeva fino a sette anni. La salute di James si ruppe nel giro di un anno, ma aveva imparato abbastanza per “lavorare così come la maggior parte dei viaggiatori.”Dopo questo periodo James tornò a Glasgow ancora una volta.,

Poiché James non aveva completato un apprendistato ufficiale di sette anni, la Glasgow Guild of Hammerman (l’organizzazione che aveva giurisdizione su un artigiano che usava un martello) bloccò la sua applicazione nonostante non ci fossero produttori di strumenti matematici in Scozia all’epoca.

La situazione di Watt fu aiutata dall’arrivo dalla Giamaica di strumenti astronomici che furono lasciati in eredità all’Università di Glasgow. Questi strumenti richiedevano l’attenzione di esperti. Watt è riuscito a ripristinarli in modo funzionante ed è stato rinumerato di conseguenza. Questi strumenti sono stati infine installati nel Macfarlane Observatory. A causa del suo eccellente lavoro sugli strumenti, tre professori gli hanno offerto l’opportunità di istituire un piccolo laboratorio all’interno dell’università.,

Impostazione del negozio

Questo è stato avviato nel 1757. Qui ha fatto e venduto strumenti matematici come quadranti, bussole e scale. Avrebbe anche aiutato con dimostrazioni. Mentre sul campus universitario James ha incontrato molti scienziati e in particolare è diventato amici intimi con il chimico britannico e fisico Joseph Black.

Joseph avrebbe poi continuato a sviluppare il concetto di calore latente. James sarebbe anche fare amicizia con il famoso Adam Smith.

Nel 1758 James conobbe John Craig, un uomo d’affari locale e architetto., I due formarono una partnership che permise a James di aprire un altro negozio a Glasgow per vendere strumenti musicali e giocattoli. Questa partnership è durata per sei anni e la coppia alla fine impiegato fino a sedici lavoratori. Craig purtroppo morì nel 1765. Uno dei loro dipendenti, Alex Gardner, alla fine ha rilevato l’attività che in realtà è durata fino al 20 ° secolo.

Nel 1764 sposò sua cugina Margaret Miller, che, prima di morire nove anni dopo di parto, gli diede sei figli.

Il motore di James

Nel 1764 James si trovò a riparare un modello di motore a vapore Newcomen., Watt si rese rapidamente conto di quanto fosse inefficiente il design, sprecando molto vapore. James ha deciso di lottare con il design per migliorare la sua efficienza. Nel 1765 ha finalmente trovato una soluzione.

Il motore Newcomen era stato in uso per quasi 50 anni per il pompaggio di acqua dalle miniere. Il suo design era appena cambiato in quel momento.

L’idea di James era di fornire al motore un condensatore separato. Questa doveva essere la sua prima e più grande invenzione. Watt aveva notato che il problema con il motore a vapore Newcomen era la sua perdita di calore latente., In questo momento la comprensione del motore a vapore era in uno stato molto primitivo. La scienza della termodinamica non sarebbe stata formalizzata per almeno altri 100 anni.

James è riuscito a riparare il modello ma ha funzionato a malapena. Continuò a sperimentarlo e scoprì che circa tre quarti dell’energia termica del motore venivano consumati nel riscaldamento del cilindro del motore ad ogni ciclo., Questa energia è stata sprecata perché più tardi nel ciclo l’acqua fredda è stata iniettata nel cilindro per condensare il vapore per ridurre la sua pressione. Pertanto, riscaldando e raffreddando ripetutamente il cilindro, il motore sprecava la maggior parte della sua energia termica piuttosto che convertirla in energia meccanica.

Questa perdita di calore latente era un enorme difetto con il motore Newcomen secondo James. La soluzione di Watt avrebbe la condensazione effettuata in una camera distinta dal cilindro principale ma collegata ad essa.

James colpisce un’idea

Nel 1765, Watt fu colpito dall’ispirazione. Si rese conto era quello di causare il vapore a condensare in un cilindro separato a parte il pistone. James anche capito che il motore avrebbe bisogno di mantenere la temperatura del cilindro alla stessa temperatura del vapore iniettato circondandolo con una “camicia di vapore.”

Ciò significherebbe che pochissima energia veniva assorbita dal cilindro ogni volta che pedalava., Ciò produrrebbe un notevole aumento della disponibilità di energia per svolgere un lavoro utile.

James avrebbe poi incontrato il medico, chimico e inventore britannico John Roebuck. John è stato il fondatore della Carron Works ed è stato lui che ha incoraggiato James a fare il proprio motore. James Watt e John avrebbero entrare in una partnership insieme dopo aver fatto un piccolo motore di prova. Il suo prototipo è stato reso possibile da alcuni prestiti da Joseph Black.,

Roebuck viveva a Kinneil House, Bo’ness al momento e Watt avrebbe lavorato nel perfezionare il motore in un piccolo cottage adiacente alla casa. Il guscio cottage e una gran parte di uno dei suoi esperimenti esistono ancora oggi.

Il progresso del motore è stato bloccato a causa della difficoltà nella lavorazione del pistone e del cilindro per il suo motore. I lavoratori del ferro all’epoca erano più simili ai fabbri che ai moderni macchinisti. Non erano quindi in grado di produrre i componenti con una precisione sufficiente.

L’anno seguente Watt ha rilasciato il famoso brevetto per “Un nuovo metodo inventato per ridurre il consumo di vapore e carburante nei motori antincendio.”Questo è stato perseguito al grande costo del capitale.,

James ottiene un lavoro

James Watt era diventato legato per contanti. Questo lo ha costretto a cercare lavoro. Nel 1766 Watt era diventato un geometra. I successivi otto anni della sua vita furono consumati segnando le rotte per i canali in Scozia. Questo lavoro gravemente mangiato il suo tempo e il suo lavoro sul suo nuovo motore a vapore è stato gravemente arretrato.

Il suo socio Roebuck sarebbe purtroppo fallito nel 1772. Un produttore inglese e ingegnere Matthew Boulton che era anche il produttore delle opere Soho a Birmingham ha rilevato le azioni di Roebuck nel brevetto di Watt., Dopo otto anni di rilevamento del terreno, James sarebbe diventato stanco con il compito. In parte a causa della sua nuova partnership con Boulton, James si trasferì a Birmingham nel 1774.

La sua collaborazione con Boulton avrebbe fornito a James l’accesso ad alcuni dei migliori lavoratori del ferro nel mondo. Questo ha aiutato immensamente con la produzione di parti con sufficiente precisione necessaria per il suo motore.

Il motore di James Watt fu un successo immediato

Il brevetto di James Watt fu esteso dal Parlamento britannico nel 1775. Lo stesso anno Boulton e Watt avrebbero formato una partnership più ufficiale che sarebbe durato per più di 25 anni. Il sostegno finanziario fornito da Boulton ha permesso il rapido progresso del motore di Watt. Così veloce, infatti, che nel 1776 furono installati due motori e perfettamente funzionanti.

Un motore è stato consegnato e installato per pompare acqua nella miniera di Staffordshire., L’altro era usato per soffiare aria nelle fornaci delle fucine di John Wilkinson. Nel 1776 James avrebbe anche sposato di nuovo con la sua nuova moglie Ann MacGregor. Lei gli diede altri due figli.

Nei prossimi cinque anni, fino al 1781, James Watt avrebbe trascorso lunghi periodi di tempo in Cornovaglia. Qui installò e supervisionò numerosi motori di pompaggio per le redditizie miniere di rame e stagno della zona. Il motore di James era diventato molto ricercato in quanto i gestori delle miniere stavano cercando modi per ridurre i costi, inclusi i costi del carburante.,

Produzione in franchising

I primi motori di James Watt non furono prodotti direttamente da Boulton e Watt. Piuttosto sono stati concessi in licenza fuori per essere fatto da altri seguenti disegni e piani realizzati da Watt. James sarebbe spesso necessario per servire come ingegnere di consulenza per la loro produzione. Assemblaggio del motore e shakedown è stato inizialmente supervisionato da Watt di persona. Più tardi da altri uomini nel lavoro della loro azienda.

Queste prime macchine erano piuttosto grandi. Uno dei primi, ad esempio, aveva un cilindro con un diametro di 127 cm e un’altezza di 7 metri., Dovevano essere assemblati in un edificio dedicato per ospitarlo. Boulton e Watt sarebbe addebitare un pagamento annuale per le macchine. Questo è stato impostato come 1/3 del valore del carbone risparmiato rispetto a un motore Newcomen esistente che esegue lo stesso lavoro.

Watt, per tutto il suo acume scientifico e ingegneristico non era un uomo d’affari. Era obbligato a sopportare una forte contrattazione per ottenere royalties adeguate sui suoi motori. Nonostante questo, nel 1780 James stava andando abbastanza bene finanziariamente. Il suo partner, Boulton, tuttavia, stava trovando difficoltà a raccogliere capitali., L’anno seguente Boulton vide un nuovo mercato aperto nelle industrie del mais, del malto e del cotonificio.

Boulton punti nuove opportunità

James Watt, spinto dall’Boulton inventare una qualche forma di movimento rotante per i suoi motori a vapore. L’idea era quella di sostituire l’azione alternativa dell’originale. Nel 1781 fece proprio questo., Il suo cosiddetto ingranaggio del sole e del pianeta forniva il movimento mediante il quale un albero produceva due giri per ogni ciclo del motore.

Nel 1782 James era su un rotolo. Ha inventato e brevettato il motore a doppio effetto. Questo motore aveva un pistone che spingeva e tirava. Il motore richiedeva un nuovo metodo per collegare rigidamente il pistone alla trave.,

La sua soluzione fu sviluppata nel 1784 quando inventò il moto parallelo. Questa è una disposizione di bielle che ha guidato l’asta del pistone in un movimento perpendicolare—che ha descritto come “uno dei più ingegnosi, semplici pezzi di meccanismo che ho escogitato.”Boulton avrebbe in seguito suggerito la necessità del regolatore centrifugo per il controllo automatico della velocità del motore. Watt avrebbe assunto i suoi suggerimenti e applicarlo con successo nel 1788. Nel 1790 inventò e aggiunse anche un manometro. Questo praticamente completato quello che conosciamo oggi come il motore Watt.,

Negli anni successivi

Gli ordini si riversarono rapidamente per il suo motore da cartiere, mulini, cotonifici, mulini di ferro, distillerie, canali e acquedotti. Così tanti, infatti, che da 1790 Watt era diventato un uomo ricco. Aveva, fino ad oggi, ricevuto circa £76.000 in royalties dai suoi brevetti nel corso dei precedenti 11 anni. I suoi ultimi anni non sono stati interamente consumati dai suoi motori a vapore, però.

James Watt era un membro della Lunar Society di Birmingham. Questo era un gruppo di scrittori e scienziati che desideravano far avanzare le scienze e le arti., Watt avrebbe anche trascorrere il suo tempo a sperimentare sulla forza dei materiali. James è stato anche spesso coinvolto in procedimenti legali per proteggere i suoi brevetti.

Nel 1785 Watt e Boulton furono eletti fellows della Royal Society di Londra. Avrebbe anche iniziato a trascorrere del tempo in vacanza. Ha anche comprato una tenuta a Doldowlod, Radnorshire. Da 1795 Watt ha cominciato a ritirarsi lentamente dal business. Nel 1880 James si stava avvicinando rapidamente all’età della pensione. Il 1880 è stato anche l’anno in cui i suoi brevetti e la sua partnership avrebbero iniziato a scadere.,

Watt fondò una nuova ditta nel 1794, Boulton and Watt. Questa impresa costruì la fonderia Soho per produrre motori a vapore in modo più competitivo. Fu anche in questo periodo che il figlio di Watt dal suo primo matrimonio, James, cominciò a dargli problemi.

Problemi familiari

James Watt Junior era un giovane simpatizzante per la Rivoluzione francese. Egli era stato apertamente criticato in Parlamento per aver presentato nel 1792, un discorso dalla Manchester Constitutional Society alla Société des Amis de la Constitution (il Club giacobino) a Parigi.,

Il lungo ritiro di Watt fu in seguito rattristato anche dalla morte improvvisa di un altro figlio dal suo secondo matrimonio, Gregory. Avrebbe anche sopravvivere molti dei suoi vecchi e più cari amici. Nonostante ciò, James si recò in Scozia, in Francia e in Germania quando fu firmato il Trattato di Amiens nel 1802.

James Watt avrebbe continuato il suo lavoro nella soffitta della sua casa. Qui lo aveva costruito e attrezzato come un piccolo laboratorio. James ha continuato ad armeggiare e inventare e in realtà ha sviluppato una macchina per scolpire con la quale ha riprodotto busti e figure originali per gli amici.,

James ha anche operato come consulente per la Glasgow Water Company. I risultati di Watt sono stati ampiamente riconosciuti nella sua vita. Egli è stato fatto un dottore in legge dell’Università di Glasgow nel 1806 e un associato straniero della Accademia francese delle Scienze nel 1814 ed è stato offerto un baronetto, che ha rifiutato.

Morte e eredità

James Watt morì il 25 agosto 1819. Aveva 83 anni.

Il motore a vapore di James Watt è stato uno sviluppo davvero innovativo e, probabilmente, la chiave della rivoluzione industriale., La sua macchina è diventata incredibilmente popolare ed è stata installata in molte aziende in tutto il Regno Unito. Tale fu il suo contributo alla scienza e alla tecnologia che un’unità di potere fu chiamata in suo onore, il Watt.

Il Watt, nel caso in cui non si è a conoscenza, è un’unità SI pari a un Joule di lavoro eseguito al secondo. Ciò equivale a circa 1/746 di potenza (per potenza meccanica ed elettrica). Alcuni scienziati sostengono anche che l’invenzione del suo moto parallelo (o motore a doppio effetto) nel 1784 dovrebbe segnare l’inizio della controversa epoca dell’Antropocene., Questo è un intervallo non ancora ufficiale del tempo geologico.

Nel maggio del 2009, la Banca d’Inghilterra ha annunciato che Boulton e Watt appariranno sulla nuova banconota da £50. Questo disegno è il primo a presentare un doppio ritratto su qualsiasi nota della Bank of England. Questa immagine ha caratterizzato i due uomini, fianco a fianco, giustapposti con immagini del motore a vapore della Watt e opere Soho di Boulton., Le citazioni attribuite a ciascuno degli uomini sono incise sulla nota:” Vendo qui, signore, ciò che tutto il mondo desidera avere—POTERE “(Boulton) e” Non posso pensare ad altro che a questa macchina ” (Watt).

Nel 2011, James Watt è stato anche uno dei sette candidati inaugurali alla Scottish Engineering Hall of Fame.