Biografie von James Watt, Erfinder der modernen Dampfmaschine

James Watt (19. Januar 1736 - 25. August 1819) war ein schottischer Erfinder, Ingenieur und Chemiker. Er entwickelte eine praktikable Dampfmaschine das verwendete einen separaten Kondensator; Diese Innovation machte die Dampfmaschine zu einem nützlichen Werkzeug für eine Vielzahl von Anwendungen. In vielerlei Hinsicht war Watt's Erfindung - oder vielmehr seine Verbesserung gegenüber einer früheren Erfindung, der Newcomen-Dampfmaschine - der technologische Anstoß hinter der Industrielle Revolution.

Schnelle Fakten: James Watt

James Watt wurde am 19. Januar 1736 in Greenock, Schottland, als einziges überlebendes Kind von vier Kindern von James Watt (1699–1737) und Agnes Muirhead (1901–1754) geboren. Greenock war ein Fischerdorf, das zu Watt zu Lebzeiten eine geschäftige Stadt mit einer Flotte von Dampfschiffen wurde. James Jr.s Großvater Thomas Watt (1642–1734) war ein bekannter Mathematiker und lokaler Schulmeister. James Sr. war ein prominenter Bürger von Greenock und ein erfolgreicher Schreiner und Schiffsausrüster, der an der Ausstattung von Schiffen und an ihren Instrumenten, Kompassen und Quadranten arbeitete. Zu verschiedenen Zeiten war James Sr. auch der oberste Richter und Schatzmeister der Stadt.

James Watt war intelligent, aber wegen seines schlechten Gesundheitszustands konnte er nicht regelmäßig zur Schule gehen. Stattdessen erwarb er die Fähigkeiten, die er später benötigen würde Ingenieurwesen und Werkzeuge, indem er mit seinem Vater an Tischlerprojekten arbeitet. Mit 6 Jahren löste James Watt geometrische Probleme und führte seine frühesten Untersuchungen zur Natur des Dampfes durch, bei denen er mit dem Teekessel seiner Mutter experimentierte. In seiner Kindheit war Watt ein begeisterter Leser und fand in jedem Buch, das in seine Hände kam, etwas, das ihn interessierte.

Als Watt schließlich in die Dorfschule geschickt wurde, verhinderte sein schlechter Gesundheitszustand, dass er rasche Fortschritte machte. Erst als er 13 oder 14 Jahre alt war, begann er seine Fähigkeiten zu zeigen, insbesondere in der Mathematik. In seiner Freizeit skizzierte er mit Bleistift, schnitzte und arbeitete mit Holz und Metall an der Werkzeugbank. Er machte viele geniale mechanische Arbeiten und einige schöne Modelle und reparierte gerne nautische Instrumente.

Nach dem Tod seiner Mutter im Jahr 1754 wurde der 18-jährige Watt nach Glasgow geschickt, um bei seinem Onkel John Muirhead eine Ausbildung zum Kaufmann zu absolvieren. Eine Verwandte seiner Mutter war der Vorsitzende der Abteilung für orientalische Sprachen und Geisteswissenschaften am Glasgow College, und Watt wurde dort Mitglied der literarischen Gesellschaft. Er traf auch andere Wissenschaftler in Glasgow, die sich als einflussreich und unterstützend für seine Karriere erweisen würden: Robert Dick, Professor für Naturphilosophie, Robert Simpson in Mathematik und William Cullen in Medizin und Chemie.

Es war Dick, der Watt vorschlug, nach London zu gehen, um eine Ausbildung zum Mathematikinstrumentenbauer zu machen. Mit einem Einführungsschreiben reiste Watt 1755 nach London und begann mit dem Instrumentenbauer John Morgan zu arbeiten. Watt war offiziell kein Lehrling, aber er arbeitete an mechanischen Instrumenten: Morgan hielt sich für talentiert, brauchte aber zu lange, um seine Arbeit abzuschließen. Die Arbeit bei Morgan endete im Juni 1756 und Dick verschaffte ihm eine kurzfristige Position, um an einer astronomischen Uhr zu arbeiten, die Teleskope und Transitinstrumente reflektiert. Watt kehrte Ende des Jahres nach Greenock zurück, kehrte aber bald nach Glasgow zurück, wo er ein kleines Unternehmen in der Quadrantenherstellung gründete. Er wurde zum Hersteller mathematischer Instrumente am Glasgow College ernannt, unterstützt von Dicks Nachfolger John Anderson sowie von Cullens Ersatz und Chemiker Joseph Black (1728–1799). Schwarz ist am bekanntesten für seine Arbeit an latenten und spezifischen Erhitzungen und für seine Entdeckung von Kohlendioxid, und er sollte ein überzeugter Anhänger von Watt werden.

Im Jahr 1759 zeigte John Robison, ein Student in Glasgow, Watt ein Modell der Newcomen Dampfmaschine und schlug vor, es könnte verwendet werden, um Wagen anzutreiben. Das Newcomen wurde 1703 von Thomas Newcomen (1664–1729) erfunden und patentiert, und Watt begann mit dem Bau Miniaturmodelle mit Blechdampfzylindern und Kolben, die über ein Zahnradsystem an den Antriebsrädern befestigt sind. In seinen eigenen Experimenten verwendete er zunächst Apothekerversuche und hohle Stöcke für Dampfspeicher und Rohre und später einen Papin-Fermenter und eine gewöhnliche Spritze. Die letztere Kombination ergab einen nicht kondensierenden Motor, bei dem er Dampf mit einem Druck von 15 Pfund pro Quadratzoll verwendete. Das Ventil wurde von Hand bearbeitet, und James Watt erkannte, dass ein automatisches Ventiltrieb erforderlich war, um eine funktionierende Maschine herzustellen. Dieses Experiment führte jedoch zu keinem praktischen Ergebnis und für die nächsten Jahre gab er diese Forschung auf.

Watt blieb bis in die 1760er Jahre am College, als er eine Partnerschaft mit einem Händler namens John Craig einging, der teilweise mit Black finanziert wurde. Ein Unternehmen von ihnen war die Herstellung von Alkali aus Salz - im 18. Jahrhundert konnte Alkali nur aus Pflanzen hergestellt werden. Craig und Watt waren eine von mehreren Personen, die nach einer Möglichkeit suchten, es chemisch herzustellen, eine Anstrengung, die erst 1820 erreicht wurde. Watt und Craig arbeiteten auch an Keramiköfen und Glasuren für die Herstellung von Delfterzeugnissen mit Zinnglasur.

1764 heiratete Watt Margaret Millar, bekannt als Peggy, eine Cousine, die er seit ihrer Kindheit kannte. Sie sollten fünf Kinder haben, von denen nur zwei bis zum Erwachsenenalter lebten: Margaret, geboren 1767, und James III, geboren 1769, der als Erwachsener die Hauptunterstützung und der Geschäftspartner seines Vaters werden sollte.

Im Winter 1763–1764 bat John Anderson in Glasgow Watt, ein Modell des Newcomen-Motors zu reparieren. Er konnte es zum Laufen bringen, war aber neugierig, warum die Maschine so viel Dampf und Kondenswasser verbrauchte. Watts begann die Geschichte der Dampfmaschine zu studieren und führte experimentelle Untersuchungen zu den Eigenschaften von Dampf durch.

Das Newcomen-Dampfmaschinenmodell hatte einen maßstabsgetreuen Kessel, der nicht in der Lage war, genügend Dampf für den Antrieb einer Maschine zu liefern. Es war ungefähr neun Zoll im Durchmesser; Der Dampfzylinder hatte einen Durchmesser von zwei Zoll und einen Kolbenhub von sechs Zoll. Watt stellte einen neuen Kessel her, der die Menge des verdampften Wassers und des kondensierten Dampfes bei jedem Hub des Motors messen konnte.

Watt stellte bald fest, dass der Motor eine sehr kleine Menge Dampf benötigte, um eine sehr große Menge Wasser zu erhitzen. Er begann sofort, die relativen Gewichte von Dampf und Wasser im Dampfzylinder genau zu bestimmen, als die Kondensation beim Abwärtshub des Motors stattfand. James Watt bewies unabhängig die Existenz von "latente Wärme, "die von seinem Mentor und Unterstützer Joseph Black entdeckt worden war. Watt ging mit seinen Nachforschungen zu Black, der sein Wissen mit Watt teilte. Watt fand das bei der SiedepunktSein kondensierender Dampf war in der Lage, das Sechsfache seines zur Herstellung verwendeten Wassergewichts zu erhitzen Kondensation.

Die Erkenntnis, dass Dampfgewicht für Gewicht ein weitaus größeres Absorptionsmittel und Wärmespeicher war als Watt erkannte Watt die Wichtigkeit einer größeren Sorgfalt bei der Einsparung als zuvor versucht. Zunächst sparte er im Kessel und stellte Kessel mit Holzschalen her, um Verluste durch zu vermeiden Leitung und Strahlung. Er verwendete auch eine größere Anzahl von Abzügen als Newcomen, um eine vollständigere Absorption der Wärme aus den Ofengasen sicherzustellen. Er deckte auch seine Dampfleitungen mit nicht leitenden Materialien ab und traf alle Vorkehrungen, um die vollständige Nutzung der Wärme von sicherzustellen Verbrennung.

Er entdeckte bald, dass die Ursachen für Wärmeverluste im Newcomen-Motor waren:

• Die Wärmeableitung durch den Zylinder selbst, der aus Messing bestand und sowohl ein guter Leiter als auch ein guter Kühler war.
• Der Wärmeverlust infolge der Notwendigkeit, den Zylinder bei jedem Hub bei der Herstellung des Kühlers abzukühlen Vakuum.
• Der Leistungsverlust aufgrund des Dampfdrucks unter dem Kolben, der eine Folge der unvollständigen Kondensationsmethode war.

Sein erster Versuch, einen Zylinder aus nichtleitendem Material herzustellen, bestand aus in Öl getränktem und dann gebranntem Holz, was die Dampfwirtschaftlichkeit erhöhte. Anschließend führte er eine Reihe sehr genauer Experimente zur Temperatur und zum Druck des Dampfes durch, indem er die bei jedem Motorhub verwendete Dampfmenge maß. Er konnte seine frühere Schlussfolgerung bestätigen, dass drei Viertel der dem Motor zugeführten Wärme verschwendet wurden.

Nach seinen wissenschaftlichen Untersuchungen arbeitete James Watt an der Verbesserung der Dampfmaschine mit einem intelligenten Verständnis der vorhandenen Mängel und der Kenntnis ihrer Ursache. Watt sah bald, dass, um die Verluste bei der Arbeit des Dampfes im Dampfzylinder zu verringern, Es wäre notwendig, einen Weg zu finden, um den Zylinder ständig so heiß zu halten wie der eintretende Dampf es.

James Watt: "Die Idee kam mir in den Sinn, dass Dampf, da er ein elastischer Körper ist, in ein Vakuum stürzen würde, und wenn a Die Kommunikation wurde zwischen dem Zylinder und einem erschöpften Gefäß hergestellt, es würde hineinstürzen und dort ohne Kühlung kondensiert werden der Zylinder. Ich sah dann, dass ich den kondensierten Dampf und das Einspritzwasser loswerden muss, wenn ich einen Jet benutze, wie in Newcomens Motor. Zwei Möglichkeiten, dies zu tun, kamen mir in den Sinn: Erstens könnte das Wasser durch ein absteigendes Rohr abfließen, wenn ein Ausstrahl in eine Tiefe von 35 oder 36 Fuß gelangen könnte und Luft durch eine kleine Pumpe abgesaugt werden könnte. Das zweite war, die Pumpe groß genug zu machen, um sowohl Wasser als auch Luft zu extrahieren. "

Er fuhr fort: "Bei der Analyse würde die Erfindung nicht so groß erscheinen, wie es schien. In dem Zustand, in dem ich die Dampfmaschine gefunden habe, war es keine große Anstrengung zu beobachten, dass die Menge an Kraftstoff, die notwendig ist, um sie zum Laufen zu bringen, ihren umfassenden Nutzen für immer verhindern würde. Der nächste Schritt in meinem Fortschritt war ebenso einfach - zu fragen, was die Ursache für den hohen Kraftstoffverbrauch war. Auch dies wurde ohne weiteres nahegelegt, nämlich die Verschwendung von Kraftstoff, die notwendig war, um den gesamten Zylinder, den Kolben, zu bringen. und angrenzende Teile von der Kälte des Wassers bis zur Hitze des Dampfes, nicht weniger als 15 bis 20 Mal pro Minute. "

James Watt hatte seinen wichtigen separaten Kondensator erfunden. Er machte einen experimentellen Test seiner neuen Erfindung. Sein kleines Modell funktionierte sehr gut, und die Perfektion des Vakuums war so, dass die Maschine ein 18-Pfund-Gewicht an der Kolbenstange anhob. Dann konstruierte er ein größeres Modell und das Ergebnis seines Tests bestätigte die Ergebnisse seiner ersten Experimente.

Watt brauchte Jahre, um die Details der neuen Dampfmaschine herauszufinden. Zunächst musste Watt einen Weg finden, um zu verhindern, dass sich der Kondensator mit Wasser füllt. Er versuchte verschiedene Ansätze, einschließlich einer Luftpumpe, die den Kondensator von Wasser und Luft befreite, die sich im Kondensator sammelten und das Vakuum verringerten. Als nächstes ersetzte er das Wasser, das zum Schmieren des Kolbens verwendet wurde, durch Öl und Talg, hielt den Dampf dicht und verhinderte das Abkühlen des Zylinders. Eine weitere Ursache für die Kühlung des Zylinders und die daraus resultierende Energieverschwendung bei seinem Betrieb war die Lufteintritt, der dem Kolben bei jedem Hub den Zylinder hinunter folgte und sein Inneres durch seine Kühlung kühlte Kontakt. Der Erfinder verhinderte dies, indem er die Oberseite des Zylinders abdeckte und den gesamten Zylinder mit einer Außenseite umgab Gehäuse oder "Dampfmantel", der es dem Dampf aus dem Kessel ermöglichte, um den Dampfzylinder herumzulaufen und auf die Oberseite des zu drücken Kolben.

Nachdem Watt seinen größeren Versuchsmotor gebaut hatte, mietete er ein Zimmer in einem alten verlassenen Häuschen. Dort arbeitete er mit dem Mechaniker Folm Gardiner zusammen. Watt hatte gerade John Roebuck getroffen, einen wohlhabenden Arzt, der zusammen mit anderen schottischen Kapitalisten kürzlich die berühmten Carron Iron Works gegründet hatte. Roebuck begann Watt finanziell zu unterstützen und Watt schrieb häufig an Roebuck, um seine Fortschritte zu beschreiben.

Im August 1765 probierte er den kleinen Motor aus und schrieb Roebuck, dass er "guten Erfolg" habe, obwohl die Maschine sehr unvollkommen sei, und informierte Roebuck, dass er mit der Herstellung des größeren Modells beginne. Im Oktober 1765 beendete er die große Dampfmaschine. Der Motor war zwar bereit für den Test, aber noch lange nicht perfekt. Trotzdem hat es für eine so rohe Maschine gute Arbeit geleistet.

Leider wurde James Watt 1765 in Armut versetzt, und nachdem er beträchtliche Summen von Freunden geliehen hatte, musste er schließlich eine Beschäftigung suchen, um für seine Familie zu sorgen. Während einer Zeitspanne von ungefähr zwei Jahren unterstützte er sich als Bauingenieur und untersuchte und verwaltete das Gebäude von mehrere Kanäle in Schottland und Erkundung der Kohlenfelder in der Nähe von Glasgow für die Richter der Stadt. Er gab seine Erfindung jedoch nicht ganz auf.

1767 übernahm Roebuck die Verbindlichkeiten von Watt in Höhe von 1.000 Britischen Pfund und erklärte sich bereit, mehr Kapital für zwei Drittel des Watt-Patents bereitzustellen. Ein weiterer Motor wurde mit einem Dampfzylinder mit einem Durchmesser von sieben oder acht Zoll gebaut, der 1768 fertiggestellt wurde. Dies funktionierte gut genug, um die Partner zu veranlassen, ein Patent zu beantragen, und die Spezifikationen und Zeichnungen wurden 1769 fertiggestellt und vorgelegt.

Watt baute und baute auch mehrere Newcomen-Motoren, teilweise vielleicht, um sich mit den praktischen Details des Motorenbaus besser vertraut zu machen. In der Zwischenzeit bereitete er Pläne für einen mäßig großen Motor seines eigenen neuen Typs vor und baute ihn. Sein Dampfzylinder hatte einen Durchmesser von 18 Zoll und der Hub des Kolbens betrug 5 Fuß. Dieser Motor wurde in Kinneil gebaut und im September 1769 fertiggestellt. Es war weder in seiner Konstruktion noch in seiner Funktionsweise zufriedenstellend. Der Kondensator war ein Oberflächenkondensator, der aus Rohren bestand, die denen seines ersten kleinen Modells ähnelten, und sich als nicht zufriedenstellend dicht erwies. Der Dampfkolben leckte ernsthaft, und wiederholte Versuche dienten nur dazu, seine Unvollkommenheiten deutlicher zu machen. Joseph Black und John Roebuck unterstützten ihn finanziell und moralisch, aber er fühlte sich stark über die Risiken, die er einging, seine Freunde in ernsthafte Verluste zu verwickeln und wurde sehr mutlos.

Watt schrieb an Black: "Von allen Dingen im Leben gibt es nichts Dümmeres als das Erfinden; und wahrscheinlich ist die Mehrheit der Erfinder aufgrund ihrer eigenen Erfahrungen zu derselben Meinung geführt worden. "

1768 reiste James Watt nach London, um sein Patent einzureichen, und traf unterwegs Matthew Boulton. Boulton war der Eigentümer einer Produktionsfirma in Birmingham, die als Soho Manufactory bekannt war und kleine Metallwaren herstellte. Er hatte das Geschäft seines Vaters geerbt und es erheblich aufgebaut. Er und sein Geschäft waren in der englischen Aufklärungsbewegung Mitte des 18. Jahrhunderts sehr bekannt.

Boulton war ein guter Gelehrter mit beträchtlichen Kenntnissen in Sprachen und Naturwissenschaften - insbesondere in Mathematik -, obwohl er als Junge die Schule verlassen hatte, um im Geschäft seines Vaters zu arbeiten. Im Geschäft stellte er bald eine Reihe wertvoller Verbesserungen vor und war immer auf der Suche nach anderen Ideen, die in sein Geschäft eingeführt werden könnten.

Er war auch Mitglied der berühmten Lunar Society of BirminghamEine Gruppe von Männern, die sich trafen, um gemeinsam über Naturphilosophie, Ingenieurwesen und industrielle Entwicklung zu diskutieren. Zu den weiteren Mitgliedern gehörte der Entdecker des Sauerstoffs Joseph Priestley,Erasmus Darwin (Großvater von Charles Darwin) und der experimentelle Töpfer Josiah Wedgewood. Watt trat der Gruppe bei, nachdem er Boultons Partner geworden war.

Boulton, ein extravaganter und energischer Gelehrter, machte Bekanntschaft mit Benjamin Franklin 1758 besuchte er dann Soho. Bis 1766 korrespondierten diese angesehenen Männer und diskutierten unter anderem die Anwendbarkeit der Dampfkraft auf verschiedene nützliche Zwecke. Sie entwarfen eine neue Dampfmaschine und Boulton baute ein Modell, das an Franklin geschickt und von ihm in London ausgestellt wurde. Sie waren sich der Existenz von James Watt noch nicht bewusst geworden.

Als Boulton 1768 Watt traf, mochte er seinen Motor und beschloss, sich für das Patent zu interessieren. Mit Roebucks Zustimmung bot Watt Boulton ein Drittel der Anteile an. Obwohl es mehrere Komplikationen gab, schlug Roebuck schließlich vor, die Hälfte seines Eigentums an Watt's Erfindungen für die Summe von 1.000 Pfund auf Matthew Boulton zu übertragen. Dieser Vorschlag wurde im November 1769 angenommen.

Im November 1774 gab Watt seinem alten Partner Roebuck schließlich bekannt, dass er den Kilmeil-Motor erfolgreich getestet hatte. Er schrieb nicht mit seiner üblichen Begeisterung und Extravaganz; Stattdessen schrieb er einfach: "Das Feuerwehrauto, das ich erfunden habe, läuft jetzt und antwortet viel besser als jedes andere, das bisher hergestellt wurde, und ich erwarte, dass das Erfindung wird sehr vorteilhaft für mich sein. "

Ein Grund für seine mangelnde Begeisterung war, dass seine Frau im September 1773 während der Geburt im Vorjahr gestorben war. Herzkrank, Watt begrub sich in der Arbeit. Ab Mitte Februar 1774 arbeitete er an Thermometern und Barometern. Er beendete sein Tiefbaugeschäft in Schottland (teilweise wegen einer Finanzkrise in Schottland) und reiste im Mai nach Süden nach Birmingham, wo er der Lunar Society beitrat. 1775 ging er eine Vollzeitpartnerschaft mit Matthew Boulton ein.

Von diesem Zeitpunkt an war die Firma Boulton and Watt in der Lage, eine Reihe von funktionierenden Motoren mit realen Anwendungen herzustellen. Neue Innovationen und Patente wurden für Maschinen angemeldet, die zum Schleifen, Weben und Fräsen verwendet werden können. Dampfmaschinen wurden für den Transport an Land und auf dem Wasser eingesetzt. Fast jede erfolgreiche und wichtige Erfindung, die die Geschichte der Dampfkraft seit vielen Jahren entstanden in den Werkstätten Boulton und Watt.

Watt's Arbeit mit Boulton verwandelte ihn in eine Figur von internationaler Statur unter Schriftstellern. Sein 25-jähriges Patent brachte ihm Reichtum; und er und Boulton wurden führend in der technologischen Aufklärung in England, mit einem soliden Ruf für innovative Technik. Watt heiratete Ann Macgregor im Jahr 1776 und sie hatten zwei Kinder (Gregory und Jessy), die beide jung sterben würden. James Watt Jr., sein Sohn von seiner ersten Frau, überlebte seinen Vater und spielte eine Rolle in der fortgesetzten englischen Aufklärung.

Infolge seiner Partnerschaft mit Matthew Boulton wurde James Watt ein sehr reicher Mann, der in Handsworth, Staffordshire, ein elegantes Herrenhaus namens "Heathfield House" baute. Er ging 1800 in den Ruhestand und verbrachte den Rest seines Lebens in seiner Freizeit und auf Reisen, um Freunde und Familie zu besuchen. Er starb am 25. August 1819 in Heathfield. Er wurde auf dem Friedhof der St. Mary's Church in Handsworth beigesetzt.

In einer sehr bedeutsamen Weise trieben Watt's Erfindungen die industrielle Revolution und Innovationen der Moderne, angefangen von Automobilen und Zügen bis hin zu Fabriken und den sozialen Problemen, die sich als Ergebnis. Darüber hinaus wurde Watt's Name Straßen, Museen und Schulen zugeordnet. Seine Geschichte hat Bücher, Filme und Kunstwerke inspiriert, darunter Statuen in den Piccadilly Gardens und in der St. Paul's Cathedral.

Auf der Statue in St. Paul sind die Worte eingraviert: "James Watt... vergrößerte die Ressourcen seines Landes, erhöhte die Macht des Menschen und stieg zu einem herausragenden Platz unter den berühmtesten Anhängern der Wissenschaft und den wahren Wohltätern der Welt."

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