Bu makine dışında hiçbir şey düşünemiyorum.
James Watt, 1776'da kendi Watt buhar motoruyla Thomas Newcomen'in 1712 Newcomen buhar motorunu iyileştiren, İngiliz mucit, makine mühendisi ve kimyagerdır. Bu, İkinci Sanayi Devrimi tarafından getirilen değişikliklerin hem kendi memleketi Büyük Britanya'da hem de dünyanın geri kalanında temelini oluşturmuştur.
Glasgow Üniversitesi'nde enstrüman yapıcı olarak çalışırken, Watt buhar motorları teknolojisine ilgi duymaya başladı. Çağdaş motor tasarımlarının silindiri defalarca soğutup ısıtarak büyük miktarda enerji israf ettiğini fark etti. Watt, bu enerji israfından kaçınan ve buhar motorlarının gücünü, verimini ve maliyet etkinliğini radikal biçimde geliştiren ayrı bir yoğunlaştırıcı tasarım iyileştirmesini sundu. Sonunda motorunu döner hareketi üretecek şekilde uyarladı, kullanım alanını suyu pompalamak ötesine açıp genişletti.
Watt icadını ticarileştirmeye çalıştı, ancak 1775'te Matthew Boulton'la ortaklığa girmesine kadar büyük mali zorluklarla karşılaştı. Boulton ve Watt adlı yeni firma sonunda oldukça başarılı oldu ve Watt zengin bir adam haline geldi. Emekliliğinde Watt yeni icatlar geliştirmeye devam etti, ancak hiçbiri buhar motor çalışması kadar önemli olmadı.
Beygir gücü kavramını geliştirdi ve SI güç birimi olan watt, onun adına verildi.
Erken hayat ve eğitim
James Watt, 19 Ocak 1736'da Renfrewshire'ın Greenock kentinde, Agnes Muirhead 1703–1755 ve James Watt 1698–1782 ile sağ kalan beş çocuğun en büyüğü olarak doğdu. Annesi saygın bir aile kökeninden geliyordu, iyi eğitim görmüş ve güçlü bir karaktere sahip olarak söylenmişti, babası ise gemi inşaatçı, gemi sahibi ve müteahhit olup 1751'de Greenock'un başsırasındı. Watt'ın ebeveynleri Presbiteryenler ve güçlü Covenanterler olsalar da, dini bir yetiştirilmeye rağmen daha sonra deist oldu. Watt'ın dedesi, Thomas Watt 1642–1734, matematik, harita bilimi ve navigasyon öğretmeni olup Cartsburn Baronunun sarafıydı.
Başlangıçta Watt, annesi tarafından evde eğitim aldı, daha sonra Greenock Grameri Okulu'na gitti. Orada matematik konusunda yetenek gösterirken, Latince ve Yunanca onun ilgisini çekmedi.
Çocuklukta uzun sağlık sorunları yaşadığı ve hayatı boyunca sık sık baş ağrıları çektiği söylenir.
Okulu terk ettikten sonra Watt, babasının işletmelerinin atölyelerinde çalıştı ve mühendislik modelleri yaratmada oldukça yetkin olduğunu ve beceri gösterdi. Babası bazı başarısız iş girişimlerinden sonra Watt, Glasgow'da matematiksel enstrüman yapıcısı olarak istihdam bulmak için Greenock'tan ayrıldı.
Biyografi
18 yaşındayken annesi öldü ve babasının sağlığı kötüleşmeye başladı. Watt Londra'ya seyahat etti ve 1755/56 yılında bir enstrüman yapıcı olarak bir yıllık eğitim alabildi, ardından İskoçya'ya dönerek büyük ticari şehir Glasgow'a yerleşti ve kendi enstrüman yapım işini kurmayı amaçladı. Hala çok gençti ve tam bir çıraklık yapmamış olması nedeniyle bir usta aracılığıyla kendini bir kalfa enstrüman yapıcısı olarak kurma konusunda olağan bağlantıları yoktu.
Watt, Jamaica'dan gelen ve Alexander Macfarlane tarafından Glasgow Üniversitesi'ne bırakılan astronomik enstrümanların varışıyla bu çıkmazdan kurtuldu; bu enstrümanlar uzman bakım gerektiriyordu. Watt onları çalışır duruma getirdi ve buna karşılık ödeme aldı. Bu enstrümanlar sonunda Macfarlane Gözlemevi'nde kuruldu. Daha sonra, üç profesör ona üniversite içinde küçük bir atölye kurma fırsatını sundu. 1757'de başlatıldı ve iki profesör, fizikçi ve kimyager Joseph Black ile ünlü Adam Smith, Watt'ın arkadaşları oldu.
Başlangıçta üniversitede kullanılan bilimsel enstrümanların bakımı ve onarımı yapılışına çalışıp, gösterilere yardımcı oldu ve dörtöğenin üretimini genişletti. Pirinç reflektif dörtöğen, paralel cetveller, ölçekler, teleskop parçaları ve barometreler ve diğer şeyler yaptı ve onardu.
Bazen Glasgow'da kendini kurmakta Trades House'un muhalefetinden dolayı zorlandığı yanlış biçimde belirtilir, ancak bu efsane tarihçi Lumsden tarafından tam olarak çürütülmüştür. Bu dönemin kayıtları kaybolmuştur, ancak vasıflı bir metal işçi olarak tamamen normal şekilde çalışabildiği ve işlem yapabildiği bilinmektedir, bu nedenle Incorporation of Hammermen'in onun üyelik gerekliliklerini karşıladığını düşünmüş olmalıdır. Aynı zamanda, metal işleri konusundaki diğer insanların 19. yüzyılda ileri dönemlerde de Incorporation üyesi olmadan çalışmaktan takip edildiği bilinmektedir, bu nedenle kurallar Watt şehir çapında serbestçe ticaret yaparken kesinlikle uygulanıyordu.
1759'da, mimar ve işletmeci John Craig ile müzik enstrümanları ve oyuncaklar da dahil olmak üzere bir dizi ürünü üretip satmak için ortaklık kurdu. Bu ortaklık sonraki altı yıl sürdü ve on altıya kadar işçi istihdam etti. Craig 1765'te öldü. Çalışanlardan biri olan Alex Gardner sonunda işletmeyi devraldı, bu da yirminci yüzyıla uzandı.
1764'te Watt, kuzeni Margaret Peggy Miller ile evlendi ve beş çocuk sahibi oldu, ikisi yetişkinliğe ulaştı: James Jr. 1769–1848 ve Margaret 1767–1796. Karısı 1772'de çocuk doğum sırasında öldü. 1777'de ikinci kez Glasgow boyacı-üreticisinin kızı Ann MacGregor ile evlendi ve iki çocuğu oldu: Gregory 1777–1804, bir jeolog ve mineralogist oldu ve Janet 1779–1794. Ann 1832'de öldü. 1777 ile 1790 arasında Birmingham'da Regent Place'te yaşadı.
Watt ve çaydanlık
Watt'ın buhar motorunu icat etmeye kaynayan bir popüler hikaye vardır - kayan bir çaydanlığı görüp, buharın kapağı kaldırması ve böylece Watt'a buharın gücünü göstermesidir. Bu hikaye pek çok biçimde anlatılır; bazılarında Watt genç bir delikanlı, diğerlerinde daha yaşlıdır, bazen annesi çaydanlığı, bazen halasıdır. Watt aslında hikayenin ima ettiği gibi buhar motorunu icat etmedi, ancak ayrı bir yoğunlaştırıcı ekleyerek mevcut Newcomen motorunun verimini dramatik biçimde geliştirdi. Bu, ısı ve ısıl verimlilik kavramlarına aşina olmayan birisi için açıklanması zordur. Hikayenin, muhtemelen Watt'ın oğlu James Watt Jr. tarafından oluşturulmuş olduğu ve çocuklar için anlaması ve hatırlaması kolay olduğu için devam ettiği görülmektedir. Bu ışıkta, Isaac Newton ve düşen elma hikayesi ve yerçekimini keşfi ile benzetilebilir.
Çoğu zaman efsane olarak reddedilmesine rağmen, Watt ve çaydanlık hikayesinin gerçeklerine dayanması vardır. James Watt, ısı ve buharın termodinamiğini anlamaya çalışırken birçok laboratuvar deneyi yaptı ve günlükleri bu deneyleri yürütürken bir çaydanlığı buhar üretmek için ısıtıcı olarak kullandığını kaydeder.
Buhar ile ilk deneyler
1759'da Watt'ın arkadaşı John Robison, dikkatini buharın hareket kaynağı olarak kullanımına çekti. Neredeyse 50 yıldır maden işlerinden su pompalamak için kullanılan Newcomen motorunun tasarımı, ilk uygulanmasından beri neredeyse hiç değişmemişti. Watt buhar deneylemeye başladı, ancak hiç çalışan bir buhar motoru görmemişti. Bir model inşa etmeye çalıştı; tatmin edici şekilde çalışmadı, ancak deneylerine devam etti ve konu hakkında okuyabildiği her şeyi okumaya başladı. Gizli ısının —sabit sıcaklık işlemi sırasında serbest bırakılan veya absorbe edilen ısıl enerji— motorun anlaşılmasında önemini fark etti, bu da Watt'ın bilmediği gibi arkadaşı Joseph Black'ın birkaç yıl öncesinde daha önceden keşfetmiş olduğu bir şeydi. Buhar motorunun anlaşılması çok ilkel bir durumdaydı, çünkü termodinamik bilimi neredeyse 100 yıl sonra resmileştirilecekti.
1763'te, Watt'dan üniversiteye ait bir model Newcomen motorunu onarması istendi. Onarımdan sonra bile motor zar zor çalıştı. Çok denemenin ardından, Watt, buharın ısıl enerjisinin yaklaşık dörtte üçünün her çevrimde motor silindirini ısıtmakta kullanıldığını gösterdi. Bu enerji israf edildi çünkü çevrim içinde daha sonra silindir içine soğuk su enjekte edilerek buharın basıncını azaltmak için yoğunlaştırıldı. Böylece silindir defalarca ısıtılıp soğutularak, motor ısıl enerjisinin çoğunu mekanik enerjiye dönüştürmek yerine boşa harcadı.
Watt'ın Mayıs 1765'te ulaştığı kritik görüş, buharın piton dışında ayrı bir odada yoğunlaşmasını ve etrafını bir "buhar ceketi" ile çevrelerek silindirin sıcaklığını enjekte edilen buhar ile aynı sıcaklıkta tutmaktı. Böylece her çevrimde silindir tarafından çok az enerji absorbe edildi, daha fazlası faydalı iş yapabilmek için mevcut hale geldi. Watt aynı yıl içinde çalışan bir modele sahipti.
Potansiyel olarak uygulanabilir bir tasarıma rağmen, tam ölçekli bir motor inşa etmede yine de önemli zorluklar vardı. Bu daha fazla sermaye gerektirdi, bir kısmı Black'ten geldi. Daha özlü destek, Falkirk'in yakınındaki ünlü Carron Iron Works'ün kurucusu John Roebuck'tan geldi, onunla şimdi ortaklık kurdu. Roebuck, Bo'ness'teki Kinneil House'da yaşadı, bu süre boyunca Watt ev bitişiğindeki bir kulübede buhar motorunu mükemmelleştirmede çalıştı. Kulübenin kabuğu ve projelerinden çok büyük bir bölümü, arkada hala mevcuttur.
Temel zorluk piton ve silindirin işlenmesiydi. O günün demir işçileri çağdaş makinistlerden ziyade demirci gibiydiler ve bileşenleri yeterli hassasiyetle üretemiyorlardı. Watt'ın icadında bir patent takibinde büyük sermaye harcanmıştı. Kaynaklar açısından sıkışan Watt, sekiz yıl boyunca istihdam almak zorunda kaldı — ilk olarak harita mühendis olarak, sonra inşaat mühendisi olarak.
Roebuck iflas etti ve Birmingham'ın yakınlarında Soho Manufactory işletmelerine sahip olan Matthew Boulton, onun patent haklarını satın aldı. Patent uzantısı 1800 yılına kadar 1775'te başarıyla elde edildi.
Boulton aracılığıyla Watt sonunda dünyanın en iyi demir işçilerinden bazılarına erişim sağladı. Sıkı uyum sağlayan piton ile büyük bir silindir imalatının zorluğu, Wrexham'ın yakınları olan Bersham'da top dökümü için hassas delme teknikleri geliştirmiş olan John Wilkinson tarafından çözüldü. Watt ve Boulton, sonraki yirmi beş yıl sürecek son derece başarılı bir ortaklık olan Boulton ve Watt'ı kurdu.
İlk motorlar
1776'da, ilk motorlar ticari işletmelerde kuruldu ve çalıştırıldı. Bu ilk motorlar pompalar için güç sağlamak ve şaft tabanındaki pompa çubukları hareket ettirmek için yalnızca karşılıklı hareket üretmek için kullanıldı. Tasarım ticari açıdan başarılı oldu ve sonraki beş yıl boyunca Watt, daha fazla motor kurulmasında çok meşgul oldu, çoğunlukla Cornwall'de madenlerden suyu pompalamak için.
Bu erken motorlar Boulton ve Watt tarafından imal edilmedi, ancak Watt tarafından yapılan çizimler üzerine başkaları tarafından yapıldı; o danışman mühendis rolünde hizmet etti. Motor kurulması ve çalışmaya başlatması başlangıçta Watt tarafından denetlendi, daha sonra firma çalışanları tarafından denetlendi. Bunlar büyük makinelerdi. Örneğin birincisi, yaklaşık 50 inç çaplı bir silindir ve yaklaşık 24 fit toplam yüksekliğe sahipti ve bunu barındırmak için özel bir bina inşasını gerektirdi. Boulton ve Watt, aynı çalışmayı yapan bir Newcomen motoru ile karşılaştırılarak kaydedilen kömürün değerinin üçte birine eşit yıllık ödeme talep ettiler.
İcadın uygulama alanı, Boulton Watt'ı pitonun karşılıklı hareketini öğütme, dokuma ve değirmenciliğe döner güç sağlamak için dönüştürmeye çalıştığında çok genişledi. Dönüştürme için bir krank açık çözüm gibi görünse de, Watt ve Boulton, bu patent sahibi James Pickard ve ortakları dış yoğunlaştırıcıyı çapraz lisans vermeyi önerdiği bir patent tarafından engellendi. Watt buna şiddetle karşı çıktı ve 1781'de güneş ve gezegen dişlisi ile patenti aştılar.
Sonraki altı yıl boyunca buhar motorunda bir dizi başka iyileştirme ve değişiklik yaptı. Buharın pitonun iki tarafında alternatif olarak hareket ettiği çift etkili bir motor bunlardan biriydi. Buharı "genişlemeli" kullanma yöntemlerini anlatmıştır, yani atmosferik basıncı çok aşan basınçlarda buhar kullanmak demektir. İki veya daha fazla motoru bağlayan bir bileşik motor tanımlanmıştır. 1781 ve 1782'de bu için iki patent daha verildi. Üretimi ve kurulumu kolaylaştıran çok sayıda başka iyileştirme sürekli uygulandı. Bunlardan birinin, buhar göstergesi kullanımı vardı; bu, silindir içerisindeki basıncının bilgisi basınç
