Biografie van James Watt, uitvinder van de moderne stoommachine
James Watt, 1736 - 1819. Ingenieur, uitvinder van de stoommachine, door John Partridge; naar Sir William Beechey, 1806. Olieverf op doek.
Nationale galerijen van Schotland / Getty Images
James Watt (30 januari 1736 - 25 augustus 1819) was een Schotse uitvinder, werktuigbouwkundig ingenieur en scheikundige wiens stoommachine, gepatenteerd in 1769, de efficiëntie en het bereik van het gebruik van de vroege atmosferische stoommachine, geïntroduceerd door Thomas Newcomen in 1712. Hoewel Watt de stoommachine niet uitvond, wordt algemeen aangenomen dat zijn verbeteringen aan het eerdere ontwerp van Newcomen de moderne stoommachine tot de drijvende kracht achter de Industriële revolutie .
Snelle feiten: James Watt
- Jones, Peter M. ' Leven in de Verlichting en de Franse Revolutie: James Watt, Matthew Boulton en hun zonen .' De historische Journal 42,1 (1999): 157-82. Afdrukken.
- Hills, Richard L. ' Kracht van stoom: een geschiedenis van de stationaire stoommachine .' Cambridge: Cambridge University Press, 1993.
- Miller, David Philip. '' Puffing Jamie': het commerciële en ideologische belang van een 'filosoof' in het geval van de reputatie van James Watt (1736-1819).' Geschiedenis van de wetenschap , 2000, https://journals.sagepub.com/doi/abs/10.1177/007327530003800101.
- ' Het leven en de legende van James Watt: samenwerking, natuurlijke filosofie en de verbetering van de stoommachine .' Pittsburgh: Universiteit van Pittsburgh Press, 2019.
- Pugh, Jennifer S. en John Hudson. ' Het chemische werk van James Watt, F.R.S. ' Notes en Records van de Royal Society of London, 1985.
- Russel, Ben. ' James Watt: De wereld opnieuw maken .' Londen: Wetenschapsmuseum, 2014.
- Wright, Michaël. ' James Watt: muziekinstrumentmaker .' The Galpin Society Journal 55, 2002.
Het vroege leven en training
James Watt werd geboren op 19 januari 1736 in Greenock, Schotland, als oudste van de vijf overlevende kinderen van James Watt en Agnes Muirhead. Greenock was een vissersdorp dat tijdens Watts leven een drukke stad werd met een vloot stoomschepen. James Jr.'s grootvader, Thomas Watt, was een bekende wiskundige en een plaatselijke schoolmeester. James Sr. was een prominente burger van Greenock en een succesvolle timmerman en scheepstimmerman die schepen uitrustte en hun kompassen en andere navigatieapparatuur repareerde. Hij diende ook periodiek als hoofdmagistraat en penningmeester van Greenock.
'Watts eerste experiment', 18e eeuw, (c1870). James Watt (1736-1819) Schotse ingenieur, experimenteerde als jongen met de waterkoker aan de eettafel van zijn ouderlijk huis in Greenock. Links op de achtergrond de assistent van zijn vader bij een klant in de timmermanszaak. Printverzamelaar / Getty Images
Ondanks het feit dat hij aanleg had voor wiskunde, weerhield de slechte gezondheid van de jonge James hem ervan om regelmatig naar de Greenock Grammar School te gaan. In plaats daarvan verwierf hij de vaardigheden die hij later nodig zou hebben in mechanisch engineering en het gebruik van gereedschap door zijn vader te helpen bij timmerprojecten. De jonge Watt was een fervent lezer en vond iets dat hem interesseerde in elk boek dat hij in handen kreeg. Op 6-jarige leeftijd loste hij geometrische problemen op en gebruikte hij de waterkoker van zijn moeder om stoom te onderzoeken. In zijn vroege tienerjaren begon hij zijn capaciteiten te vertonen, vooral op het gebied van wiskunde. In zijn vrije tijd schetste hij met zijn potlood, kerfde en werkte met hout en metaal op de gereedschapsbank. Hij maakte veel ingenieuze mechanische werken en modellen en hielp zijn vader graag met het repareren van navigatie-instrumenten.
Na het overlijden van zijn moeder in 1754 reisde de 18-jarige Watt naar Londen, waar hij een opleiding tot instrumentmaker volgde. Hoewel gezondheidsproblemen hem ervan weerhielden een behoorlijke leertijd af te ronden, vond hij in 1756 dat hij genoeg had geleerd om net zo goed te werken als de meeste gezellen. In 1757 keerde Watt terug naar Schotland. Hij vestigde zich in de grote commerciële stad Glasgow en opende een winkel op de campus van de Universiteit van Glasgow, waar hij wiskundige instrumenten zoals sextanten, kompassen, barometers en laboratoriumweegschalen maakte en repareerde. Tijdens zijn studie aan de universiteit raakte hij bevriend met verschillende wetenschappers die invloedrijk zouden blijken te zijn en zijn toekomstige carrière zouden steunen, waaronder de beroemde econoom Adam Smith en Britse natuurkundige Joseph Zwart , wiens experimenten van vitaal belang zouden zijn voor de toekomstige stoommachineontwerpen van Watt.
James Watt als jonge man, c1769. Kunstenaar: James Scott. Printverzamelaar / Getty Images
In 1759 ging Watt een samenwerking aan met de Schotse architect en zakenman John Craig om muziekinstrumenten en speelgoed te vervaardigen en te verkopen. Het partnerschap duurde tot 1765, soms tot 16 werknemers in dienst.
In 1764 trouwde Watt met zijn nicht, Margaret Millar, bekend als Peggy, die hij al kende sinds ze kinderen waren. Ze kregen vijf kinderen, waarvan er slechts twee de volwassen leeftijd bereikten: Margaret, geboren in 1767, en James III, geboren in 1769, die als volwassene de belangrijkste aanhanger en zakenpartner van zijn vader zou worden. Peggy stierf tijdens de bevalling in 1772, en in 1777 trouwde Watt met Ann MacGregor, de dochter van een kleurstofmaker uit Glasgow. Het echtpaar kreeg twee kinderen: Gregory, geboren in 1777, en Janet, geboren in 1779.
Het pad naar een betere stoommachine
In 1759 toonde een student aan de Universiteit van Glasgow Watt een model van een Newcomen stoommachine en stelde voor dat het zou kunnen worden gebruikt - in plaats van paarden - om rijtuigen voort te stuwen. Gepatenteerd in 1703 door de Engelse uitvinder Thomas Newcomen, werkte de motor door stoom in een cilinder te trekken, waardoor een gedeeltelijk vacuüm werd gecreëerd waardoor de verhoogde luchtdruk om een zuiger in de cilinder te duwen. In de 18e eeuw werden in heel Groot-Brittannië en Europa Newcomen-motoren gebruikt, meestal om water uit mijnen te pompen.
Newcomen atmosferische stoommachine. Newton Henry Black / Wikimedia Commons / Publiek domein
Gefascineerd door de Newcomen-motor, begon Watt miniatuurmodellen te bouwen met behulp van tinnen stoomcilinders en zuigers die door een systeem van tandwielen aan aandrijfwielen waren bevestigd. In de winter van 1763-1764 vroeg John Anderson in Glasgow aan Watt om een model van een Newcomen-motor te repareren. Hij was in staat om het draaiende te krijgen, maar verbijsterd door de verspilling van stoom, begon Watt de geschiedenis van de stoommachine te bestuderen en voerde experimenten uit in de eigenschappen van stoom.
Watt bewees onafhankelijk het bestaan van latente warmte (de warmte die nodig is om water in stoom om te zetten), die was getheoretiseerd door zijn mentor en supporter Joseph Black. Watt ging met zijn onderzoek naar Black, die zijn kennis graag deelde. Watt kwam uit de samenwerking met het idee dat hem op weg zette naar een verbeterde stoommachine op basis van zijn bekendste uitvinding: de aparte condensor .
De Watt-stoommachine
Watt kwam tot het besef dat de grootste fout in de Newcomen-stoommachine een laag brandstofverbruik was vanwege het snelle verlies van latente warmte. Terwijl Newcomen-motoren verbeteringen boden ten opzichte van eerdere stoommachines, waren ze inefficiënt in termen van hoeveelheid verbrande steenkool om stoom te maken ten opzichte van het vermogen dat door die stoom werd geproduceerd. In de Newcomen-motor werden afwisselende stralen van stoom en koud water in dezelfde cilinder geïnjecteerd, wat betekent dat bij elke op en neergaande slag van de zuiger de cilinderwanden afwisselend werden verwarmd en vervolgens afgekoeld. Elke keer dat er stoom in de cilinder kwam, bleef het condenseren totdat de cilinder door de straal koud water weer tot zijn werktemperatuur was afgekoeld. Als gevolg hiervan ging bij elke cyclus van de zuiger een deel van het potentiële vermogen van de warmte van de stoom verloren.
James Watts stoommachine aan het werk. Verzamelaar/bijdrager/Getty Images
De oplossing van Watt, ontwikkeld in mei 1765, was om zijn motor uit te rusten met een aparte kamer die hij een condensor noemde waarin condensatie van de stoom optreedt. Omdat de condensatiekamer gescheiden is van de werkcilinder die de zuiger bevat, vindt condensatie plaats met zeer weinig warmteverlies van de cilinder. De condensorkamer blijft te allen tijde koud en onder atmosferische druk, terwijl de cilinder te allen tijde warm blijft.
In een Watt-stoommachine wordt stoom vanuit de ketel onder de zuiger in de krachtcilinder getrokken. Wanneer de zuiger de bovenkant van de cilinder bereikt, sluit een inlaatklep waardoor stoom in de cilinder kan komen, terwijl tegelijkertijd een klep wordt geopend waardoor stoom in de condensor kan ontsnappen. De lagere atmosferische druk in de condensor trekt de stoom aan, waar deze wordt afgekoeld en gecondenseerd van waterdamp tot vloeibaar water. Dit condensatieproces handhaaft een constant gedeeltelijk vacuüm in de condensor, die door een verbindingsbuis naar de cilinder wordt geleid. Externe hoge atmosferische druk duwt vervolgens de zuiger terug in de cilinder om de krachtslag te voltooien.
Het scheiden van de cilinder en condensor elimineerde het warmteverlies dat de Newcomen-motor teisterde, waardoor de stoommachine van Watt hetzelfde kon produceren paardenkracht terwijl 60% minder steenkool wordt verbrand. Door de besparingen konden Watt-motoren niet alleen in mijnen worden gebruikt, maar overal waar stroom nodig was.
Het toekomstige succes van Watt was echter op geen enkele manier verzekerd en zou ook niet zonder problemen komen. Tegen de tijd dat hij in 1765 met zijn doorbraakidee voor de afzonderlijke condensor kwam, hadden de kosten van zijn onderzoek hem in de buurt van armoede gebracht. Nadat hij aanzienlijke bedragen had geleend van vrienden, moest hij uiteindelijk werk zoeken om voor zijn gezin te zorgen. Gedurende een periode van ongeveer twee jaar ondersteunde hij zichzelf als civiel ingenieur, terwijl hij de bouw van verschillende kanalen in Schotland inspecteerde en beheerde en kolenvelden in de buurt van Glasgow verkende voor de magistraten van de stad, terwijl hij bleef werken aan zijn uitvinding . Op een gegeven moment schreef een moedeloze Watt aan zijn oude vriend en mentor Joseph Black: Van alle dingen in het leven is er niets dwazer dan uitvinden, en waarschijnlijk is de meerderheid van de uitvinders door hun eigen ervaringen tot dezelfde mening gebracht.
In 1768 ging Watt, na het produceren van kleinschalige werkende modellen, een samenwerking aan met de Britse uitvinder en koopman John Roebuck om stoommachines op ware grootte te bouwen en op de markt te brengen. In 1769 kreeg Watt een patent op zijn aparte condensor. Watts beroemde patent getiteld A New Invented Method of Lessening the Consumption of Steam and Fuel in Fire Engines wordt tot op de dag van vandaag beschouwd als een van de belangrijkste patenten die ooit in het Verenigd Koninkrijk zijn verleend.
Bronzen beeld van Boulton, Watt en Murdoch, 'the Golden Boys', verguld in goud, ter herdenking van hun ontwikkeling van de stoommachine, Broad Street, centraal Birmingham, West Midlands, Engeland. Kunstenaar Ethel Davies. Erfgoedbeelden / Getty Images
Partnerschap met Matthew Boulton
Terwijl hij in 1768 naar Londen reisde om zijn patent aan te vragen, ontmoette Watt Matthew Boulton, eigenaar van een productiebedrijf in Birmingham, bekend als de Soho Manufactory, dat kleine metalen goederen maakte. Bolton en zijn bedrijf waren zeer bekend en gerespecteerd in het midden van de 18e eeuw Engelse verlichtingsbeweging .
Boulton was een goede geleerde, met een aanzienlijke kennis van talen en wetenschappen, met name wiskunde, ondanks het feit dat hij als jongen van school was gegaan om in de winkel van zijn vader te gaan werken. In de winkel bracht hij al snel een aantal waardevolle verbeteringen aan en hij was altijd op zoek naar andere ideeën die in zijn bedrijf zouden kunnen worden geïntroduceerd.
Hij was ook lid van de beroemde Lunar Society of Birmingham, een groep mannen die elkaar ontmoetten om samen te praten over natuurlijke filosofie, techniek en industriële ontwikkeling: andere leden waren onder meer de ontdekker van zuurstof Joseph Priestley, Erasmus Darwin (grootvader van Charles Darwin), en de experimentele pottenbakker Josiah Wedgwood . Watt trad toe tot de groep nadat hij de partner van Boulton werd.
Boulton, een flamboyante en energieke geleerde, maakte kennis met Benjamin Franklin in 1758. In 1766 correspondeerden deze vooraanstaande mannen en bespraken ze onder andere de toepasbaarheid van stoomkracht voor verschillende nuttige doeleinden. Ze ontwierpen een nieuwe stoommachine en Boulton bouwde een model, dat naar Franklin werd gestuurd en door hem in Londen werd tentoongesteld. Ze moesten zich nog bewust worden van Watt of zijn stoommachine.
Toen Boulton Watt ontmoette in 1768, hield hij van zijn motor en besloot hij een belang in het patent te kopen. Met toestemming van Roebuck bood Watt Boulton een belang van een derde aan. Hoewel er verschillende complicaties waren, stelde Roebuck uiteindelijk voor om de helft van zijn eigendom in Watts uitvindingen over te dragen aan Matthew Boulton voor een bedrag van 1.000 pond. Dit voorstel werd in november 1769 aanvaard.
Boulton en Watt werkende stoommachines
Boulton & Watt-stoommachine, 1784. Robert Henry Thurston / Wikimedia Commons / Publiek domein
In november 1774 kondigde Watt eindelijk aan zijn oude partner Roebuck aan dat zijn stoommachine met succes veldproeven had voltooid. Toen hij Roebuck schreef, schreef Watt niet met zijn gebruikelijke enthousiasme en extravagantie; in plaats daarvan schreef hij eenvoudigweg: 'De brandweerauto die ik heb uitgevonden werkt nu, en beantwoordt veel beter dan alle andere die tot nu toe zijn gemaakt, en ik verwacht dat de uitvinding mij zeer ten goede zal komen.'
Vanaf dat moment kon de firma Boulton en Watt een reeks werkende motoren produceren met toepassingen in de echte wereld. Nieuwe innovaties en patenten werden afgesloten voor machines die konden worden gebruikt voor slijpen, weven en frezen. Stoommachines werden in gebruik genomen voor transport over land en water. Bijna elke succesvolle en belangrijke uitvinding die de geschiedenis van stoomkracht gedurende vele jaren markeerde, is ontstaan in de werkplaatsen van Boulton en Watt.
Pensioen en overlijden
Watts werk met Boulton veranderde hem in een internationaal geprezen figuur. Zijn 25-jarige patent bracht hem rijkdom, en hij en Boulton werden leiders in de technologische Verlichting in Engeland, met een solide reputatie voor innovatieve engineering.
De werkplaats van de Schotse stoomingenieur en uitvinder James Watt (1736 - 1819) in Heathfield, waar hij van 1790 tot aan zijn dood woonde. Hulton Archief / Getty Images
Watt bouwde een elegant herenhuis dat bekend staat als 'Heathfield Hall' in Handsworth, Staffordshire. Hij ging in 1800 met pensioen en bracht de rest van zijn leven door met vrije tijd en reizen om vrienden en familie te bezoeken.
James Watt stierf op 25 augustus 1819 in Heathfield Hall op 83-jarige leeftijd. Hij werd begraven op 2 september 1819. op het kerkhof van St. Mary's Church in Handsworth. Zijn graf bevindt zich nu in de uitgebreide kerk.
Nalatenschap
1878: Een draagbare James Watt-stoommachine. Hulton Archief / Getty Images
Op een zeer zinvolle manier waren de uitvindingen van Watt de drijvende kracht achter de industriële revolutie en innovaties van de moderne tijd, variërend van auto's, treinen en stoomboten tot fabrieken, om nog maar te zwijgen van de sociale problemen die zich als gevolg daarvan ontwikkelden. Tegenwoordig is de naam Watt verbonden aan straten, musea en scholen. Zijn verhaal inspireerde boeken, films en kunstwerken, waaronder beelden in Piccadilly Gardens en St. Paul's Cathedral.
Op het standbeeld bij St. Paul's zijn de woorden gegraveerd: 'James Watt … heeft de hulpbronnen van zijn land vergroot, de macht van de mens vergroot en heeft zich tot een vooraanstaande plaats verheven onder de meest illustere volgelingen van de wetenschap en de echte weldoeners van de wereld. '
Bronnen en verdere referentie
Bijgewerkt doorRobert Longley