Портрет Джеймса Уатта автор Генри Ховард (англ. Henry Howard ), 1797 год.
Дата рождения:
Содержание
Биография
Прадед Уатта был родом из Абердиншира, занимался сельским хозяйством. Во время гражданской войны 1644—1647 годов он погиб, сражаясь на стороне ковенантёров. Его земля, имущество и дом были конфискованы, и его сына Томаса, деда Уатта, приютили родственники, жившие близ Гринока, на берегу залива Фёрт-оф-Клайд. Томас Уатт достиг уважаемого положения в обществе, занимался преподаванием математики и мореходства, занимал должности главного окружного судьи, председателя церковного совета. Его сын, Джеймс, отец будущего изобретателя, был весьма разносторонним человеком: строил корабли, держал склад корабельных принадлежностей, вёл морскую торговлю, сам создавал и чинил различные приборы и механизмы. Для Гринокской пристани им был построен первый кран. Мать изобретателя, Агнес Мюрхед, происходила из богатого рода, получила очень хорошее образование. Оба родителя были пресвитерианцами.
Детство
Джеймс Уатт-младший родился 19 января 1736 года в Гриноке. Имел от рождения хрупкое здоровье. Поначалу получил домашнее образование (англ. Homeschooling ): мать научила его читать, а письму и арифметике его научил отец. Хотя он начал было учиться в средней школе Гринока, слабое его здоровье, и постоянные недомогания положили этому конец. Родители не настаивали на обязательном обучении в школе, считая, что сын сам может научиться всему, что пожелает. Уатт не имел возможности проводить время в играх со сверстниками, единственным его занятием вне дома была рыбалка. 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». Отец подарил ему набор столярных инструментов, и Джеймс изготовлял модели механизмов и устройств, создаваемых отцом.
По достижения возраста окончания начальной школы, Уатт поступил в гимназию. Там он изучает среди прочего латынь, продолжает совершенствовать знания в математике, где показывает большие успехи. Он много читает, и яркой особенностью его характера было то, что почти всё из прочитанного он пытался проверить на практике.
Образование
Когда Уатту исполнилось восемнадцать лет, у него умирает мать. Дела отца, как и его здоровье, пошатнулись, и Уатт был вынужден попытаться заботиться о себе сам. Было решено, что Джеймс займётся ремеслом, связанным с измерительными приборами. Поскольку в Шотландии обучиться такому занятию было проблематично, Уатт на год отправляется в Лондон. С большим трудом ему удаётся устроиться к некому Моргану, финансовые возможности позволяли ему оплатить лишь год обучения. Таким образом, он оказался в Лондоне на нелегальном положении, так как официально в ученики его не зачислили (настоящее ученичество требовало семи лет обучения). Уатт не жалея себя погружается в работу, отдавая ей все силы. Начав с изготовления обычных линеек и циркулей, он быстро переходит всё к более сложным инструментам. Скоро он в силах изготовить квадрант (англ. Quadrant ), сектор (англ. Sector ), теодолит. Он живёт впроголодь и почти не выходит из дому: для этого не было времени, так как он весь день работал на хозяина, а по вечерам и утрам ему приходилось делать работу на заказ, чтобы как-то иметь средства и на себя. Кроме того, поскольку он не имел официального статуса «ученика», он мог быть насильно завербован в военный флот или во флот Ост-Индской компании.
После окончания обучения, с ослабленным здоровьем, он возвращается в Шотландию, в Глазго, с намерением основать собственное дело. Он поселяется у своего дяди, Мюрхеда, и начинает заниматься созданием и починкой октантов (англ. Octant (instrument) ), параллельных линеек (англ. Parallel rulers ), барометров, частей для телескопов и прочих инструментов. Однако союз ремесленников Глазго запрещает Уатту заниматься его работой, так как он по сути не получил соответствующего обучения (англ. Apprenticeship ) согласно цеховым порядкам, и это несмотря на то, что он был единственным мастером такой квалификации в Шотландии. Из безвыходного положения Уатта спасает случай. В университет Глазго поступает партия астрономических инструментов. Основа будущей обсерватории Макфарлейна (англ. Macfarlane Observatory ), эти инструменты требовали чистки, установки, настройки. Через своего дядю, профессора восточных языков и латыни, Уатт был знаком с доктором Дикком, профессором естественных наук. Пользуясь его покровительством, Уатт получает работу по приведению инструментов в порядок. Для этого он создаёт при университете маленькую мастерскую. Его назначают мастером научных инструментов при университете, и с этого момента он, наконец, получает возможность трудиться без оглядок на средневековые законы, царившие в ремесленной сфере. В университете Уатт познакомился с химиком Джозефом Блэком. Эта встреча способствовала разработке ряда новых химических приборов, необходимых в дальнейших исследованиях Блэка.
В 1759 году Уатт вступает в партнёрство с архитектором и бизнесменом Джоном Крейгом. Вместе они организовывают производство различных инструментов, включая музыкальные и различные игрушки. Дело быстро набрало обороты, и Уатт впервые избавился от нужды. Большой спрос давал хороший доход, такой, что даже появилась возможность нанимать себе помощников. Парнёрство длилось шесть лет до смерти Крейга.
В 1763 году Уатт женится на кузине Маргарет (Пегги) Миллер. С ней он прожил до её смерти при родах в 1772. У них было пять детей, лишь двое из которых дожили до взрослых лет: Джеймс-младший (1769—1848) и Маргарет (1767—1796). Во второй раз он женился в 1777 году на Энн МакГрегор, с которой у него было двое детей: Грегори (1777—1804), который стал геологом и минерологом и Джэнет (1779—1794). Энн пережила своего мужа, она скончалась в 1832 году.
«Мне нужен источник энергии получше, — горячился Мэтью Болтон. — Такой, чтоб не уставал, как лошади, и чтоб работал эффективно. » Его мечта сбылась после встречи с Джеймсом Уаттом. На свет появился паровой двигатель. Пар привел в движение машины, совершившие промышленную революцию. Появились первые поезда и пароходы. С тех пор жизнь людей очень изменилась.
Однажды в 1764 году в шотландском городе Глазго в мастерскую принесли для починки модель парового двигателя. Это была миниатюрная модель двигателя Ньюкомена из коллекции научных экспонатов местного университета. Мастерская принадлежала Джеймсу Уатту — научному консультанту университета, которому в то время было 28 лет.
Однотактное чудо
Джеймс Уатт (1736-1819) произвел переворот в технике, сконструировав первый паровой двигатель с теплообменником
Двигатель Ньюкомена был изобретен примерно пятьюдесятью годами раньше и использовался для откачки воды в горнодобывающих шахтах. По сравнению с ранним паровым насосом этот двигатель был более совершенным, но он работал неэффективно. Он потреблял очень много топлива и сотрясал все вокруг. Эти недостатки не очень важны, если использовать двигатель на угольной шахте: тут сколько угодно дешевого угля и никому не мешает тряска. Но у других возможных потребителей у кого не было дешевого топлива и кому требовалось, чтобы двигатель работал ровно, эта конструкция интереса не вызывала.
Задавая вопросы
Джеймс Уатт починил университетскую модель двигателя. Он в первый раз видел двигатель Ньюкомена и изучил его с большим интересом. Почему он такой неэффективный? Почему движение сопровождается такой тряской? Почему он потребляет столько угля?
Двигатель Ньюкомена был одноцилиндровым. Внутри цилиндра двигался поршень, соединенный с балансиром, который приводил в движение насос. Пар из котла попадал в цилиндр снизу и заставлял подниматься поршень, а тот, в свою очередь,— балансир. Затем в цилиндр подавалась холодная вода — пар конденсировался,давление, падало, и поршень опускался. Каждый раз, когда внутрь поступает холодная вода, пар конденсируется, и топливо, затраченное на то, чтобы произвести этот пар, пропадает напрасно. Для очередного подъема поршня нужен новый пар — значит, нужно снова нагревать котел, расходуя дополнительное топливо.
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.
Пар завоевывает мир
Паровая машина Ньюкомена, впервые установленная в 1712 году.
Это был настоящий прорыв. Вращательное движение могло найти гораздо более широкий круг применений. От коленчатого вала можно при помощи приводных ремней передать движение на ткацкие и другие станки. Теперь пар мог заставить крутиться колеса самодвижущихся экипажей.
Первые попытки использовать пар для создания новых средств передвижения были предприняты в 70-х годах XVIII века. Эти машины передвигались по дорогам, но пройдет немного времени, и люди найдут другое применение паровому двигателю— железные дороги. Уатт дожил до 1819 года и мог увидеть начало промышленной революции, которую подтолкнуло его изобретение, но он не дожил шести лет до начала эры железных дорог.
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.
[1] [Pope] Возможно, и к лучшему – последователь Аристотеля в средние века мог бы счесть параллели между Богом и Ньютоном святотатством.
[2] Quoted in Friedrich Klemm, trans. Dorothea Waley Singer, A History of Western Technology (Cambridge, Mass.: MIT Press, 1964), 242-243.
[3] Ben Russell, James Watt: Making the World Anew (London: Reaktion, 2014), 48-52, 69-70. Smeaton quoted in Larry Stewart, “Science and the Eighteenth-Century Public,” in The Enlightenment World, P. Jones, et. al., ed. (Abingdon: Routledge, 2004), 240.
[4] Samuel Smiles, Lives of the Engineers, Volume II: Harbours – Lighthouses – Bridges. Smeaton and Rennie. (London: John Murray, 1874), 136.
[5] John Smeaton, “An Experimental Enquiry concerning the Natural Powers of Water and Wind to Turn Mills, and Other Machines, Depending on a Circular Motion,” Philosophical Transactions of the Royal Society 51 (1759), 105-106.
[6] The emergence of this new cultural synthesis between science and handicrafts is surveyed in Robert Friedel, A Culture of Improvement (Cambridge, MA: MIT Press 2010), 198-201.
[7] Richard L. Hills, Power from Steam: A History of the Stationary Steam Engine (Cambridge: Cambridge University Press, 1993), 37; Reports of the Late John Smeaton, F.R.S. vol. 2 (London: Longman, Hurst, etc., 1812), 348.
[8] Milton Kerker, “Science and the Steam Engine,” Technology and Culture 2, 4 (Autumn 1961), 381. This is not a direct quote of any historian, but rather Kerker’s summary of a certain point of view on science and the steam engine.
[9] Поэтому тут мы используем древнегреческие концепции, описывая разницу количественных и качественных оценок,
[10] Francis Bacon, Joseph Devey, ed., Novum Organum (New York: P.F. Collier & Son, 1902), 152-53.
[11] Thomas L. Hankins, Science and the Enlightenment (Cambridge: Cambridge University Press, 1985), 74-80.
[14] Hankins, 75-76. Измерить скрытое тепло пара было сложнее, поэтому цифры Блэка не совсем точны.
[15] Hankins, 75. Иоганн Уилке из Швеции пришёл к тому же выводу, и назвал эту способность «относительным теплом» по аналогии с «относительной плотностью» материала.
[16] Samuel Smiles, Lives of Boulton and Watt (London: William Clowes and Sons, 1865), 83-85; Irene Maver, “Eighteenth-century Glasgow,” Feb. 17, 2011, bbc.co.uk (https://www.bbc.co.uk/history/british/civil_war_revolution/scotland_glasgow_01.shtml)
[18] Smiles, 102-103; Russell, 41-45.
[22] Модель была основана на двигателе с цилиндром в 122 см. Стена такого цилиндра была бы толщиной от 8 до 25 мм. При масштабировании цилиндра пришлось бы сделать очень тонкую и хрупкую стенку (толщиной около полумиллиметра). Вместо этого изготовитель сделал стенку в пять раз толще. Hills, 51-52.
[23] О степени заслуг Блэка или Уатта в усовершенствовании парового двигателя ведутся споры. См, например, Donald Fleming, “Latent Heat and the Invention of the Watt Engine,” in Otto Mayer, ed., Philosophers and Machines (New York: Science History Publications, 1976), 121-124. Но для наших целей это вряд ли имеет значение. Припишем ли мы Блэку открытие скрытого тепла или Уатту его переоткрытие – оба этих результата получились в результате применения новой экспериментальной философии.
[26] F. M. Scherer, “Invention and Innovation in the Watt-Boulton Steam-Engine Venture,” Technology and Culture
6, 2 (Spring, 1965), 168-170; Smiles, 153-157. Как указывает на 179-й странице Шерер, возможно, двигатель конструкции Уатта можно было бы заставить работать, используя схему изоляции поршня Ньюкомена, не будь Уатт таким перфекционистом. Она бы всё равно была более эффективной, но не такой эффективной, как итоговый двигатель от Boulton & Watt.
[27] Scherer, 177-78. Уатт также экспериментировал с разными вариантами других компонентов своего двигателя.
[28] Hills, 58-58; Вскоре после этого точность работы сверлильной машины ещё улучшили, используя винт в качестве направляющей. E. A. Forward, “The Early History of the Cylinder Boring Machine,” Transactions of the Newcomen Society 5, 1 (1924), 24-38.
Технические изобретения Промышленного переворота (рус.) Новая история
Джеймс Уатт — биография
Джеймс Уатт — гениальный шотландский инженер, механик, изобретатель. Его работы дали толчок к промышленной революции. Его именем названа единица мощности СИ— Ватт, он ввёл понятие первой единицы мощности — лошадиной силы. Ему принадлежит изобретение паровой машины двойного действия.
Шотландский инженер, член Лондонского королевского общества, член Парижской академии наук и член Эдинбургского королевского общества. Эти регалии принадлежат великому изобретателю, учёному Джеймсу Уатт. Благодаря его открытиям кардинально изменило развитие промышленности, не только в Великобритании, но и во всём мире.
Мужчины рода Уатт прославляли свою фамилию задолго до рождения Джеймса. Его прадед был известный землевладелец из Абердиншира. Принял участие в войне 1644-1647 годов на стороне ковенантеров. Во время одного из сражений он погиб. Все его земли, имущество, дом было конфисковано. А сын Томас, дед Джеймса, был вынужден переехать к родственнику, проживающего около Гринока.
Благодаря настойчивости и трудолюбию, он достиг уважения в обществе. Преподавал математику и мореходство, позже занял должность окружного судьи, являлся председателем церковного совета. Трудолюбие и тягу к знанию унаследовал его сын Джеймс, отец будущего всемирно известного изобретателя. Джеймс –старший был очень разносторонним человеком. Его любимым занятием было что-то мастерить руками. И его пристрастие переросло в бизнес. Он строил корабли, чинил различные механизмы, занимался морской торговлей. Его жена Агнес Мюрхед принадлежала к богатому роду, и была образованна.
Детство
Портрет Джеймса Уатта в детстве
Особо счастливым детство юного Джеймса назвать трудно. Почти год он провёл в четырёх стенах своей комнаты где самостоятельно изучал различные науки сам. Гулять вместе с детьми он не мог, единственным увлечением вне дома это была рыбалка.
Как-то присутствующий в гостях у Уаттов знакомый заметил, что Джеймс младший рисует что-то мелом на очаге, и возмутился говоря, что ребёнок попросту тратит время. Но отец ответил, что в начале нужно разобраться, что это за рисунки. Какого же было удивление взрослых, когда они поняли, что Джеймс пытается найти решение задачи Эвклида.
Немного повзрослев юный математик, увлекается астрономией и его начинают интересовать химические опыты. К тому времени отец передал ему своё самое главное богатство — умение работать руками. Позже знакомые его называли «мастер на все руки». В подарок от отца он получил столярные инструменты. И стал с упорством присущим всем Уатт, изготовлять различные устройства и механизмы, придуманные его отцом. По достижению возраста, он поступает в гимназию. Учит латынь, совершенствует свои знания в области математике.
Образование
Устроится официально нет финансовых возможностей, и он договаривается об обучении у мастера Моргана. Средств хватило на оплату только одного года. Он начинает с упорством осваивать профессию, и скоро он от изготовления самых простых линеек и циркулей, переходит к изготовлению более сложных инструментов. Ему подвластно сделать квадрант и сектор, теодолит. Всё это время он почти не покидает дом, так как на это просто нет времени. Живёт впроголодь.
Джеймс Уатт в молодости
По истечении года он вернулся в Шотландию. Джеймс поселяется у своего дяди в Глазго, и решает открыть своё дело. Начинает ремонтировать телескопы, октанты, барометры. Но союз ремесленников заставляет его прекратить работу, так как по сути у него не было должного образования. Но ему подворачивается счастливый случай. Его приглашают в университет Глазго для ремонта и настройки астрономических инструментов будущей обсерватории. Позже его назначат мастером научных инструментов при университете. Наступает долгожданное время, когда он стал достаточно зарабатывать на жизнь.
Архитектор и бизнесмен Джон Крейг в 1759 году приглашает Джеймса стать его партнёром. Совместно они организовали производство по изготовлению разных устройств и механизмов. Их совместная работа принесла ему полное избавление от нужды. Появившиеся средства позволили ему нанять себе помощников. Вместе они проработали ещё шесть лет, до самой смерти предпринимателя.
Изобретательство
Джон Робинсон, давний приятель Джеймса Уатта, заинтриговав его как – то вопросом по использованию пара в качестве двигательной энергии. Созданная пятьдесят лет назад паровая машина Ньюкомена использовалась только для откачки воды из шахт. За всё время её существования никто не пытался её как-то усовершенствовать. И Джеймс начинает исследование пара с нуля. Первые попытки создания новой паровой машины потерпели неудачу.
Паровая машина Джеймса Уатта
Но в 1763 году по просьбе профессора из университета он ремонтирует действующую паровую машину Ньюкомена. Он вносит в конструкцию много усовершенствований. Первую свою идею он запатентовал в 1769 году. Это изолированная камера для конденсата. Но создать полноценную машину он не может. Нужны деньги. Ему оказывают помощь Джозеф Блэк и Джона Роубака.
А через год это изобретение стало работать на предприятиях, к примеру эта машина была востребована на пивоварнях. Именно там и появилось понятие «лошадиная сила», так до появления этого механизма воду накачивали с помощью лошадей. Для точности эксперимента на одном пивоваренном заводе, хозяин в течении рабочей смены использовал одну самую выносливую лошадь. Джеймс выяснил, что она за час перегнала 75 кг воды. Это и стало единицей измерения мощности— лошадиная сила равняется 75 килограмм-силам на метр в секунду.
Первые созданные машины были очень громоздкие, и для них строили отдельное помещение. Но позднее Уатт модернизировал не только внутренние механизма агрегата, но и внешний вид.
В конце XVIII века значения разработанного двигателя оказалось по истине неоценимым вкладом в развитие промышленности и прогресса. По аналогии он создал копировальный пресс, который он запатентовал в 1780 году.
Копировальный пресс Джеймса Уатта
В 1800 году Джеймс Уатт уходит на пенсию, к этому времени уже закончился срок его патента, но это не значит, что великий изобретатель прекратил свои изыскания. Он ещё создаст эйдограф — прибор для «клонирования» скульптур, медальонов, сосудов и прочих предметов искусства.
Личная жизнь
В 1763 году состоялась свадьба, Уатт взял себе в жёны свою кузину Маргарет (Пегги) Миллер. В браке родилось 5 детей. При последних родах в 1772 году его жена умерла. Второй брак состоялся в 1777 году. Его избранницей стала Энн МакГрегор. У пары родилось ещё двое детей.
Смерть
Жизнь великого учёного закончилась 25 августа 1819 года. Он умер на 83 году жизни. Джеймс Уатт захоронен на кладбище возле церкви Святой Марии в Хэндсворте. На сегодняшний день церковь расширили и его захоронение находится под его сводами.
Память Джеймса Уатта увековечена памятником в Вестминстерском аббатстве. Великий изобретатель высечен сидящем, с бумагой и пером в руках.
Портрет Джеймса Уатта в детстве
Джеймс Уатт в молодости
Паровая машина Джеймса Уатта
Копировальный пресс Джеймса Уатта
