Первая работа
Окончив обучение, Джеймс Уатт с ослабленным здоровьем вернулся в Шотландию. Он решил организовать собственное дело в Глазго, которое заключалось в создании и починке инструментов. Но ему пришлось столкнуться с союзом ремесленников, которые запретили ему заниматься этой работой. Причиной стало то, что Джеймс не прошел официального обучения. Не помогло даже то, что он являлся единственным представителем своего дела в Шотландии.
Но молодого человека спасает случай. В это время в университет Глазго прибыла партия инструментов для занятий астрономией. Они требовали постоянного внимания, включая и установку. Через своих знакомых Уатт получает возможность работать. Его назначили мастером научных инструментов учебного заведения. У него появилась возможность создать свою мастерскую.
В учебном заведении Джеймс знакомится с Джозефом Блэком, который занимался химией. Мастер помогает ученому в разработке некоторых химических приборов, которые продвинули дальнейшие исследования химика.
С 1759 года дела Уатта улучшились. Этому способствовало партнерство с бизнесменом Джоном Крейгом. Они организовали работу по производству различных инструментов и игрушек. Доход изобретателя значительно увеличился. Их партнерство прекратилось через шесть лет из-за смерти Крейга.
Биография
Детство
Джеймс Уатт имел от рождения хрупкое здоровье. Мать научила его читать, а письму и арифметике его научил папа. Хотя он начал было учиться в средней школе Гринока, слабое его здоровье, и постоянные недомогания положили этому конец. Большую часть года он был ограничен стенами своей комнаты, где учился самостоятельно. Друг его отца увидев однажды, что мальчик рисует на очаге мелом какие-то линии и углы, спросил: «Зачем Вы разрешаете ребёнку тратить впустую время; почему бы не послать его в школу?» Джеймс Уатт-старший ответил: «Не судите его слишком быстро; прежде разберитесь, чем он занят». Оказалось, что он искал решение задачи Эвклида.
Будучи подростком, он увлекался астрономией, химическими опытами, научился всё делать своими руками, за что получил от окружающих звание «мастера на все руки».
Образование
https://youtube.com/watch?v=Ty2WTVhX6Oo
Джеймс Уатт и паровая машина — Яндекс.Видео.flv
Все видео
В университете Уатт познакомился с химиком Джозефом Блэком. Эта встреча способствовала разработке ряда новых химических приборов, необходимых в дальнейших исследованиях Блэка.
Изобретательство
В 1774 году к Джеймсу Уатту, обратился профессор физики университета Глазго Джон Андерсон с просьбой отремонтировать действующий макет паровой машины Ньюкомена (имелась в виду «огневая машина», изобретённая английским инженером Томасом Ньюкоменом). Макет был оснащен 2-дюймовым цилиндром и имел рабочий ход поршня в 6 дюймов. Уатт провел ряд экспериментов, в частности, заменил металлический цилиндр на деревянный, смазанный льняным маслом и высушенный в печи, уменьшил количество поднимаемой за один цикл воды и макет, наконец, заработал. При этом Уатт убедился в неэффективности машины и внёс в конструкцию многочисленные усовершенствования. Первым значительным усовершенствованием, которое Уатт запатентовал в 1769 году, была изолированная камера для конденсации. Он изолировал паровой цилиндр, а в 1782 году он изобрёл машину двойного действия. Вместе с более мелкими усовершенствованиями это изобретение позволило увеличить производительность паровой машины в четыре и более раз. Кроме того, сама машина стала легко управляемой.
Попытки Уатта поставить свои изобретения на коммерческую основу не имели успеха до тех пор, пока он не вступил в деловые отношения с предпринимателем Мэттью Болтоном. Совместная компания “Boulton and Watt” успешно действовала на протяжении двадцати пяти лет, в результате чего Уатт стал весьма состоятельным человеком.
Российское предложение
Российская академии наук пригласила Уатта работать в России. Русское правительство предложило английскому инженеру «занятие, сообразное с его вкусом и познаниями» и с ежегодным жалованьем в 1000 фунтов стерлингов. Намерение Уатта уехать в Россию вызвало переполох. Поэт Эразм Дарвин написал: «О Боже, как я был напуган, когда услышал, что русский медведь зацепил Вас своей громадной лапой и тянет в Россию! Умоляю не ездить, если только это возможно… Я надеюсь, что Ваша огненная машина оставит Вас здесь». Уатт в Россию не поехал.
Старость
Уатт был разносторонне одарён, легко изучал языки, много читал. Вальтер Скотт в предисловии к одному из своих романов выражает удивление разнородности познаний Уатта, которого он знал в последние годы его жизни.
Скончался в возрасте 83 лет и был похоронен в приходской церкви в Хэндсворте. Вскорости в Вестминстерском аббатстве был воздвигнут памятник Уатту, выполненный талантливым скульптором Уантри.
Смерть
Биография Джеймса Уатта завершилась 25 августа 1819-го. Причина смерти естественна — ученый проживал свой 83-й год.
Тело Джеймса Уатта захоронили на кладбище у церкви Святой Марии в Хэндсворте, что в графстве Стаффордшир на западе Англии. Со временем церковь расширилась, и теперь могила шотландского инженера находится под сводами.
Личность Джеймса Уатта увековечили памятником в Вестминстерском аббатстве. Позже это детище даровитого скульптора Френсиса Легата Чантри перенесли в собор Святого Павла. Ученый изображен сидящим, на коленях у него бумага, а в руках перо.
Статуя Джеймса Уатта
Согласно актуальным фотографиям, справа от кенотафа Джеймса Уатта установлена табличка, на которой сохранилась надпись современников:
Прежде эта табличка красовалась на постаменте.
Век пара
К
середине XIX столетия всю промышленность «двигал пар». Теперь все, от
тканей до пушек, производили с помощью паровых машин. Паровозы тянули
поезда; даже оборудование для строительства железных дорог оснащалось
паровыми двигателями. И на море парус постепенно сдавал свои позиции
паровой машине.
Однако промышленная революция заключалась
не только в изменении технологии производства, хотя это и было важно.
Строительство новых машин и фабрик требовало денег, которые надо было
заплатить задолго до того, как фабрики начнут приносить прибыль. Точно
так же, как Уатту для финансовой поддержки его замыслов был нужен
Болтон, для успеха промышленной революции нужны были богатые люди,
готовые вложить свои деньги в дело
Промышленная революция стала
также революцией капиталистической. Начали основываться компании, банки
поспешили вкладывать деньги в промышленность, появились деловые люди,
зарабатывающие на жизнь тем, что сводили вместе научные идеи и капиталы.
Французский
военный инженер Жозеф Кюньо построил повозку, приводимую в движение
паром, около 1771 года. Она могла ехать со скоростью 3,6 км/ч и при
этом везти четырех человек.
Победители и проигравшие
А
что же стало с простыми людьми, которые не были ни изобретателями, ни
банкирами, ни капиталистами? Паровой двигатель изменил жизнь многих из
них. В XVIII веке ткани, например, производились в небольших мастерских
на оборудовании, приводившемся в движение вручную. Очень часто в
мастерской работала одна семья. На новых фабриках ткани стали делать на
станках, работающих от парового двигателя. Работа была несложная и не
требовала большого умения, поэтому рабочих-мужчин заменили женщины и
даже дети.
Появилось много новых рабочих мест, но труд на
фабриках был изматывающим и монотонным. Люди начали стекаться в большие
промышленные города, где им приходилось жить в ужасной тесноте и дышать
отравленным воздухом, потому что фабричные трубы изрыгали тучи дыма и
копоти. В то же время промышленности требовалось все больше и больше
угля, шахтерам приходилось опускаться все глубже под землю, и их труд
становился все опаснее.
На смену пару
Эпоха
паровых машин закончилась в 50-х годах нашего века. Она длилась больше
150 лет. Сегодня промышленность работает на электричестве. Больше нет
пароходов, а топливом для машин и поездов служит нефть. Но огромные
изменения, происшедшие за последние два века, были начаты Джеймсом
Уаттом и его паровым двигателем.
Не все эти изменения
были к лучшему. Соперничество между промышленными державами привело в
XX веке к двум мировым войнам. До сих пор существует гигантская
пропасть между промышленно развитыми странами и остальным миром.
Миллионы людей, работающих на фабриках, хотели бы иметь возможность
зарабатывать себе на жизнь как-нибудь по-другому. Когда Джеймс Уатт
усовершенствовал двигатель Ньюкомена, он положил начало тем изменениям,
что неузнаваемо преобразили облик мира.
Двигатель Ньюкомена
Английский кузнец, изобретатель-самоучка Томас Ньюкомен, объединив идеи Папена и Севери, в 1711 г. создал машину, в которой пар охлаждался не в котле, а в рабочем цилиндре, сберегая больше тепла и делая процесс непрерывным. Ньюкомен назвал своё детище «пароатмосферным двигателем», т. к. поршень поднимал пар, а опускало его давление атмосферы. Двигатель Ньюкомена приводил в движение коромысло с поршнем насоса, откачивавшего воду из шахты.
Машина потребляла много угля, а полезную работу поршень совершал только при опускании. Но владельцы шахт, не испытывая недостатка в угле, уже к 1733 г. купили 110 машин Ньюкомена.
Паровая революция
Изготовление поршня и цилиндра для паровой машины требовало высокой точности в подгонке деталей, чтобы пар не прорывался в зазоры между ними, грозя обварить окружающих. Для массового производства паровых машин создали высокоточные станки, которые упростили производство и всех других станков — началась цепная реакция развития машиностроения. Машины Уатта внедрялись во все отрасли производства и ставились в любом месте, что позволило перенести промышленные центры в города, где было достаточно рабочей силы. Так создание одной машины сразу подняло на новый уровень всё производство, переведя «машинную революцию» в революцию промышленную. С начала XIX в. варианты паровых машин служили и двигателями для транспорта.
Уатт-бизнесмен
В 1759 году Уатту предложил партнёрство местный бизнесмен-архитектор Джон Крейг. Вместе они занимались созданием различных инструментов, в том числе и музыкальных, а также первых музыкальных заводных игрушек. Впервые за несколько последних лет Уатт не живёт впроголодь, а наоборот — начинает зарабатывать большие деньги. Объём работ был таким огромным, что Джеймс вынужден был нанять помощников.
Сотрудничество продолжалось следующие шесть лет — вплоть до самой смерти Крейга.
В 1763 году Уатт женится на Маргарет Миллер, которая была его кузиной. В этом браке у них родилось пять детей, но выжили лишь двое. Маргарет скончалась в 1772 году при родах.
Вторично Уатт женился в 1777. Его женой стала Энн МакГрегор, в этом браке родилось двое детей.
Первая работа и первые трудности
В 1754 у Джеймса умерла мать, это событие выбило из колеи всю семью: отец тяжело переживал утрату, и поэтому все заботы пришлось взять на себя Джеймсу. Ему нужно было найти работу, которая бы приносила доход всей семье. Решено было, что Уатт начнёт изучать ремесло по изготовлению измерительных приборов. Но поскольку в Шотландии негде было такому научится, он на целый год уехал в Лондон. Денег на целый семилетний курс у него не было, поэтому он устроился нелегальным учеником к мастеру Моргану.
Сперва ему поручают элементарную работу: изготавливать циркули и линейки, но вскоре смекалистый ученик уже самостоятельно делает квадранты, теодолиты и секторы. Почти всегда голодный, он даже на улицу не рискует выйти: с утра до вечера работает на хозяина, потом берёт на дом «халтуру», чтобы хоть как-то выжить, да и само его нелегальное положение могло закончиться весьма печально. Таких первыми вербовали на флот.
После года изнурительного труда, Уатт переезжает в Глазго, где начинает изготавливать и чинить измерительные приборы. Но вскоре его дело прикрывают — Союз ремесленников не разрешает ему продолжать работу, поскольку у Джеймса нет специального полного курса образования. Не спасает его даже тот факт, что он единственный на всю Шотландию умеет чинить телескопы и барометры.
Помог справиться с ситуацией случай: в университет города Глазго привезли партию измерительных приборов, которые нужно было почистить, настроить и установить. Никто не знал, как с ними обращаться, чтобы не испортить. И эту работу поручили именно Уатту. Чтобы никто не мешал ему заниматься делом, Джеймс обустроил при университете небольшую мастерскую. Таким образом его оставили на должности мастера научных инструментов.
В университете Джеймс Уатт подружился с Джозефом Блэком, химиком, вместе с которым они начали изобретать новые приборы.
Машина широкого спроса
В 1763 г. шотландскому инженеру Джеймсу Уатту пришлось чинить одну из машин Ньюкомена, и он обнаружил в ней много недочётов. Так, при запуске пара в охлаждённый водой цилиндр часть его тепла тратилась не на работу, а на повторный нагрев цилиндра. Но если держать цилиндр постоянно нагретым, как конденсировать пар? И тогда Уатт понял, что для создания вакуума в рабочем цилиндре можно просто откачать из него пар и отвести его охлаждаться в отдельный резервуар — в конденсатор, а оттуда вернуть воду обратно в котёл, замкнув цикл работы машины. В 1769 г. Уатт запатентовал свой пароатмосферный двигатель, который стал первой машиной, широко используемой в производстве.
Джеймс Уатт
Детство и юность
Ученый родился 19 января 1736 года в портовом городе Гринок на западе Шотландии. Он старший из пяти выживших детей Агнес (в девичестве Мюрхед), женщины из знатного рода с хорошим образованием, и судостроителя Джеймса Уатта.
Родители Джеймса исповедали пресвитерианство и поддерживали идеи «Национального конвента» 1638 года — манифеста Шотландии в защиту этой церкви. Сам инженер, несмотря на религиозное воспитание, вырос деистом.
В детстве Уатт редко посещал школу из-за слабого здоровья. До 1744 года его главным наставником была мать. Затем шотландский инженер поступил в Greenock Grammar School. Его любимым предметом стала математика, а вот латынь и греческий язык давались с трудом. Из-за неспособности совладать с гуманитарными науками одноклассники считали Джеймса Уатта глупым.
Embed from Getty ImagesДжеймс Уатт в детстве с родителями
1755 год — самый трудный в юношеской жизни ученого. Мать умерла, а здоровье отца стремительно ухудшалось. Волею случая семья осталась без корабельного промысла — основного источника заработка. Роль главного кормильца легла на плечи Джеймса.
За вдохновением и профессией он отправился в Лондон, сердце Великобритании. Программу по слесарному ремеслу, рассчитанную на 7 лет, ему удалось изучить за год. Затем ученый переехал в Глазго, крупнейший город Шотландии, намереваясь посвятить себя изобретению математических приборов. Идея прогорела из-за недостатка связей.
От творческого застоя Джеймса Уатта спасла коллекция астрономических инструментов, завещанных Университету Глазго математиком Александром Макфарлейном
За символическую плату изобретатель-механик привел приборы в рабочее состояние, чем привлек внимание основоположника теоретической экономики Адама Смита и химика Джозефа Блэка. Втроем в 1757 году они открыли мастерскую по ремонту точных инструментов
Изобретательство
Согласно мифу, на изобретение парового двигателя Джеймса Уатта вдохновило кипение чайника. Ученый увидел, как извергающийся пар заставляет крышку подскакивать, и впервые задумался о мощности этого вещества.
Эта история — вымысел, который легко запомнить детям и взрослым. Как миф про Исаака Ньютона, который открыл гравитацию после того, как на него упало яблоко. На самом деле Джеймс Уатт не изобретал паровой двигатель, но значительно улучшил существующий Newcomen. Его создал Томас Ньюкомен в 1712 году.
К моменту, когда Джеймс Уатт заинтересовался термодинамикой, Newcomen более 50 лет исправно откачивал воду из шахт. Вдохновившись принципом действия этой конструкции, шотландский инженер стал экспериментировать с паром.
Embed from Getty ImagesПаровая машина Джеймса Уатта
Джеймс Уатт пришел к выводу, что 3/4 энергии расходуется Newcomen на нагрев цилиндра двигателя после охлаждения ледяной водой на каждом цикле. Многократно нагревая и охлаждая цилиндр, двигатель терял значительную часть тепловой энергии, вместо того чтобы преобразовывать ее в механическую.
В 1765 году Джеймс Уатт понял, что пар должен конденсироваться в отдельной камере, и тогда температура цилиндра будет держаться на одном уровне. В этом случае увеличится коэффициент полезного действия. Месяц ушел у изобретателя-механика на проектирование модели, а создание самого двигателя требовало денег.
Неоценимую финансовую помощь Джеймсу Уатту оказал меценат Мэттью Болтон. В 1775 году они запатентовали то, что в будущем будет известно как универсальная паровая машина. А спустя 12 месяцев главное изобретение уроженца Шотландии исправно работало на крупнейших коммерческих предприятиях, например, пивоваренных заводах. На одном из них родилось понятие «лошадиная сила».
До паровых машин воду для пивоваренных и других схожих заводов накачивали лошади. Чтобы определить, насколько мощный двигатель способен заменить животных, владелец одного из предприятий в течение восьми часов на полных оборотах гонял свою самую мощную кобылу. Джеймс Уатт выяснил, что в час она перегнала 75 кг воды. Это и есть размер общепринятой сегодня единицы изменения мощности — лошадиная сила равняется 75 килограмм-силам на метр в секунду.
Embed from Getty ImagesКопировальная машина – изобретение Джеймса Уатта
Первые паровые машины Джеймса Уатта поражали размерами: полтора метра в диаметре, более семи метров в высоту, они занимали отдельные здания. В последующие 6 лет ученый совершенствовал не только «начинку» своего открытия, но и внешний вид.
На закате XVIII века значение двигателя, разработанного Джеймсом Уаттом, оказалось великим. По его принципам работал и копировальный пресс — еще одно достижение шотландского инженера, запатентованное в 1780 году. Конструкция считалась актуальной даже в XX веке.
Джеймс Уатт вышел на пенсию в 1800 году, когда истек срок патента на самую первую паровую машину и договор с Мэттью Болтоном. Но он продолжил изобретать. Среди прочего удалось создать эйдографы — приборы для «клонирования» скульптур, медальонов, сосудов и прочих предметов искусства.
Жизненный путь
Джеймс Уатт родился 19 января 1736 года в Шотландии, в Гриноке близ Глазго. Отец отправил его в Лондон, чтобы Джеймс обучился слесарному делу. За один год он освоил программу, рассчитанную на 7 лет, и, вернувшись на родину, стал работать механиком в университете Глазго. Познакомившись с физиками Дж. Блэком и Дж. Робинсоном, Уатт принимал участие в проводимых ими экспериментах по определению теплоты парообразования. В то время было очень популярно создавать паровые машины, среди которых к тому времени существовали «огневая машина» француза Д. Папена, паровой водоподъемник Т. Севери, пароатмосферная машина Т. Ньюкомена. Уатт приступает к совершенствованию паровой машины.
Джеймс Уатт впервые сумел добиться того, чтобы пар не охлаждался внутри цилиндра, в противном случае образовывался конденсат, и эффективность машины падала. В машине Уатта применялось избыточное давление пара, это улучшало экономичность и снижало габариты установки (эта особенность была запатентована в 1768 году). Работы инженера заинтересовали фабриканта Мэтью Болтона, владевшего металлообрабатывающим заводом в местечке Сохо близ Бирмингема, и он заключает с Уаттом соглашение о партнерстве. В 1782 году Уатт создает первую паровую машину двойного действия. Болтону принадлежала идея измерять мощность двигателя в лошадиных силах, а по имени Уатта была названа единица мощности – Ватт. Фирма «Болтон и Уатт» до конца века была монополистом в Англии по производству паровых машин.
Паровая машина Уатта сыграла большую роль в промышленном перевороте и переходе к машинному производству. Кроме того, Уатту принадлежат и другие изобретения и открытия: ртутный манометр, водомерное стекло в котлах, копировальные чернила, индикатор давления. Умер Джеймс Уатт 19 августа 1819 года в Хитфилде близ Бирмингема (Англия).
Начало новой эры в механике
В середине 60-х годов 18 века талантливый механик Джеймс Уатт работал в университете Глазго. Однажды ему поступил заказ на ремонт паровой машины Ньюкомена, и, разобравшись в конструкции агрегата, Уатт решил попробовать ее немного усовершенствовать. Он предположил, что можно будет сократить расход недешевого топлива, если цилиндр паровой машины будет постоянно оставаться в нагретом состоянии. Ведь до этого поршень двигался вниз и совершал полезную работу благодаря тому, что емкость с паром охлаждалась при помощи впрыска воды. Но чтобы воплотить в жизнь данную идею, следовало разобраться с проблемой конденсации пара, которую Уатт решил достаточно элегантно. Если верить историческим источникам, мысль о том, как можно сконденсировать пар, пришла Уатту в голову совершенно случайно, когда он увидел, как под давлением вырываются его струи из котлов прачечных. Джеймс сообразил, что пар – это обыкновенный газ, который из цилиндра можно легко направить в другую емкость, создав в ней меньшее давление. Для этих целей Уатт решил использовать откачивающий насос и систему металлических отводящих трубок, которые забирали из цилиндра пар.
Паровая машина Джеймса Уатта
Следующее усовершенствование было направлено на то, чтобы заставить поршень в цилиндре совершать полезную работу не за счет атмосферного давления, а с помощью давления пара. Основная сложность состояла в том, чтобы сделать всю конструкцию герметичной, ведь добиться этого в то время было непросто. Но Уатт и здесь продемонстрировал отличную работу мысли – в своей машине он использовал в качестве уплотнителя пеньковую веревку, пропитанную маслом. Она по специальным углублениям наматывалась вокруг поршня, что позволило в большей части решить эту проблему.
Сокращая расходы на топливо
Решение,
предложенное Уаттом, заключалось в следующем: надо добавить второй
цилиндр, называемый теплообменником, и соединить его с первым.
Отработанный пар будет конденсироваться в теплообменнике, а первый
цилиндр будет все время оставаться горячим — это сэкономит количество
потребляемого топлива. На деле оказалось, что двигатель Уатта расходует
лишь четверть того количества топлива, которое требовалось раньше.
Джеймс
Уатт был ученым и изобретателем, а не бизнесменом. Если бы не Мэтью
Болтон, замыслы Уатта так бы и остались в чертежах. Появившийся на свет
при финансовой поддержке Болтона теплообменник был только первым
вкладом Уатта в конструкцию паровой машины, за которым последовали
другие. Промышленная революция свела вместе изобретателей, у которых
были интересные идеи, и деловых людей, у которых были капиталы, чтобы
воплотить эти идеи в конкретные дела, приносящие доход.
Его
идеи не сразу принесли ему славу и богатство. Подобно многим другим
изобретателям, Уатт не мог найти денег, чтобы воплотить свои замыслы в
жизнь. Прошло двенадцать лет, прежде чем был продан первый из его
двигателей. В 1776 году Уатт стал партнером бирмингемского
промышленника Мэтью Болтона (1728—1809), и Болтон помог ему наладить
производство паровых машин.
И это было только начало.
Уатт продолжал улучшать и совершенствовать механизм и наконец изобрел
способ преобразовывать поступательное движение поршня во вращательное.
ФАКТЫ И СОБЫТИЯ
- Первым
паровым двигателем, использовавшимся в промышленности, был «Друг
горняка». Он был запатентован в 1698 году Томасом Сэвери, горным
инженером из Корнуолла. - Когда Джеймс Уатт строил
модель своего первого двигателя, он очень торопился. Не найдя
необходимой детали, он взял у жены наперсток, чтобы закрыть им конец
трубы. - До своей встречи с Болтоном Уатт настолько
потерял веру в успех, что отказался от идеи создания паровой машины и
четыре года работал на строительстве каналов в Шотландии. - Заслуги
Уатта не ограничиваются тем, что он усовершенствовал паровую машину. Он
изобрел способ копирования документов, основанный на химических
процессах, который широко использовался на протяжении последующих ста
пет. - В 1784 году Уатт провел в свою контору трубы
из котельной и пустил по ним горячий пар. Таким образом пар был впервые
использован для центрального отопления. - В 1789 году
Уатт изобрел регулятор- устройство, позволяющее контролировать скорость
работы паровой машины. Это позволило поддерживать постоянную скорость,
не зависящую от температуры котла, и облегчило работу. - В XIX веке в честь Джеймса Уатта была названа единица мощности — ватт.
Модель Папена
Серия научных открытий XVII- XVIII вв., познакомившая человечество с воздействием атмосферного давления, свойствами вакуума и расширением объёма тел при нагревании, дала пищу умам конструкторов, стремившихся создать новые типы двигателей. Опираясь на накопленные знания и конструкторский опыт предшественников, французский изобретатель Дени Папен в 1680 г. создал первую модель паровой машины. Рабочий поршень его машины, поднятый паром, образованным в рабочем цилиндре, опускаясь под давлением атмосферы, с помощью системы блоков поднимал груз. Так модель Папена показывала возможность практического применения силы пара.
Дени Папен
