Science.Physics.Engineering

Topic: James Watt

English version [Ακολουθεί και η ελληνική εκδοχή]

James Watt (30 January / 19 January 1736 OS - 25 August 1819) was a Scottish inventor, mechanical engineer and chemist who perfected Thomas Newcomen's 1712 steam engine, making the so-called Watt engine in 1776, which underpinned the changes brought about by the so-called Industrial Revolution both in Great Britain and around the world. In this sense, Watt was regarded as the emblematic personality of the Industrial Revolution.

Watt's critical intuition occurred in May 1765, when he managed to concentrate the steam in a chamber separate from that of the piston and maintain the temperature of the cylinder at the same temperature as the injected steam, enclosing it with a steam jacket. So very little energy was absorbed by the cylinder in each cycle, making it available for useful work.

Watt combined theoretical knowledge of science with the ability to put it into practice. Humphry Davy said: "Those who regard James Watt only as a great engineer have formed a very wrong idea of ​​his character. He was an equally distinguished natural philosopher and chemist, and his inventions show his deep knowledge of these sciences, and this strange feature of genius, the unification of sciences for practical application. "





Ελληνική εκδοχή

Ο James Watt (30 January / 19 January 1736 OS – 25 August 1819) ήταν Σκώτος εφευρέτης, μηχανολόγος μηχανικός και χημικός, ο οποίος τελειοποίησε την ατμομηχανή του Thomas Newcomen του 1712, φτιάχνοντας την λεγόμενη ατμομηχανή του Watt το 1776, που αποτέλεσε τον θεμελιώδη παράγοντα των αλλαγών που επέφερε η λεγόμενη Βιομηχανική Επανάσταση τόσο στην Μεγάλη Βρετανία όσο και σε ολόκληρο τον κόσμο. Με την έννοια αυτή ο Watt θεωρήθηκε η εμβληματική προσωπικότητα της Βιομηχανικής Επανάστασης.

Καθώς εργαζόταν ως κατασκευαστής οργάνων στο Πανεπιστήμιο της Γλασκώβης, ο Watt ενδιαφέρθηκε για την τεχνολογία των ατμομηχανών. Συνειδητοποίησε ότι με τον σχεδιασμό των μηχανών του καιρού του σπαταλιόταν ένα μεγάλο μέρος της ενέργειας στην επαναλαμβανόμενη ψύξη και επαναθέρμανση των ατμομηχανών. Ο Watt εισήγαγε μια κρίσιμη βελτίωση στον σχεδιασμό, τον χωριστό συμπυκνωτή, με τον οποίο απέφευγε τη σπατάλη της ενέργειας και βελτίωνε ριζικά την ισχύ, την απόδοση και την οικονομική αποτελεσματικότητα των ατμομηχανών. Τελικά, προσάρμοσε τη μηχανή του ώστε να παράγει και περιστροφική κίνηση, επεκτείνοντας την αρχική χρήσης της άντλησης νερού.

Ο Watt επεχείρησε να εμπορικοποιήσει την εφεύρεσή του, αλλά συνάντησε μεγάλες οικονομικές δυσκολίες μέχρις ότου συνεργάστηκε με τον Matthew Boulton το 1775. Η νέα εταιρεία των Boulton και Watt ήταν τελικά πολύ πετυχημένη, με αποτέλεσμα ο Watt να πλουτίσει. Μετά τη σύνταξή του, ο Watt συνέχισε να αναπτύσσει νέες εφευρέσεις, αν και όχι τόσο σημαντικές όσο η ατμομηχανή του. Επίσης ανέπτυξε την ιδέα της ισχύος με βάση τους ίππους, αλλά τελικά το Διεθνές Σύστημα μονάδων SI του επεφύλαξε τη δόξα να πάρει η μονάδα ισχύος το όνομά του: watt.

Ας δούμε πιο αναλυτικά την πορεία του.

Υπάρχει μια λαϊκή ιστορία ότι ο Watt εμπνεύστηκε την ιδέα της ατμομηχανής παρατηρώντας τη λειτουργία ενός καζανιού που έβραζε, όπου ο ατμός πίεζε το καπάκι και το ωθούσε προς τα πάνω, δείχνοντάς του έτσι την ισχύ του ατμού. Μάλλον όμως η ιστορία αυτή δημιουργήθηκε από τον γιο του James Watt Jr. Κάτι παρόμοιο με την ιστορία του μήλου που πέφτει και την ανακάλυψη από τον Νεύτωνα του νόμου της βαρύτητας και της παγκόσμιας έλξης. Πράγματι όμως ο James Watt προσπαθώντας να κατανοήσει τη θερμοδυναμική της θερμότητας και του ατμού διεξήγαγε πολλά εργαστηριακά πειράματα και στα ημερολόγιά του καταγράφει ότι στα πειράματα αυτά χρησιμοποίησε κατά κόρον ένα καζάνι που βράζει για την παραγωγή ατμού.

Το 1759 ο φίλος του Watt ο John Robison, του έδωσε την ιδέα της χρήσης του ατμού ως πηγής κινητήριας δύναμης. Το σχέδιο της μηχανής του Newcomen, που ήταν ήδη σε χρήση για 50 περίπου χρόνια για άντληση υδάτων από τα ορυχεία, είχε ελάχιστα αλλάξει από την πρώτη της υλοποίηση. Ο Watt ξεκίνησε να πειραματίζεται με τον ατμό, παρότι δεν είχε δει ποτέ μια ατμομηχανή σε λειτουργία. Προσπάθησε να κατασκευάσει ένα μοντέλο, απέτυχε να δουλέψει ικανοποιητικά αλλά συνέχισε να πειραματίζεται και να διαβάζει οτιδήποτε έβρισκε σχετικά με το αντικείμενο. Έφτασε να συνειδητοποιήσει τη σημασία της λανθάνουσας θερμότητας – της θερμικής ενέργειας που απελευθερώνεται ή απορροφάται κατά τη διάρκεια μιας διαδικασίας σταθερής θερμοκρασίας – για την κατανόηση της μηχανής, η οποία, άγνωστη στον Watt, είχε ανακαλυφθεί από τον φίλο του τον Joseph Black πριν μερικά χρόνια. Η κατανόηση της ατμομηχανής βρισκόταν ακόμη σε πρωταρχικό στάδιο, καθώς η επιστήμη της θερμοδυναμικής δεν θα τυποποιείτο παρά μόνο μετά από 100 περίπου χρόνια.

Το 1763, ζητήθηκε από τον Watt να επισκευάσει μια μηχανή μοντέλου Newcomen που ανήκε στο πανεπιστήμιο. Ακόμη και μετά την επισκευή, η μηχανή μετά βίας δούλευε. Μετά από πολύ πειραματισμό, ο Watt έδειξε ότι τα 3/4 της θερμικής ενέργειας του ατμού καταναλωνόταν στη θέρμανση του κυλίνδρου της μηχανής σε κάθε κύκλο. Αυτή η ενέργεια σπαταλιόταν επειδή αργότερα μέσα στον κύκλο εγχυνόταν κρύο νερό μέσα στον κύλινδρο για τη συμπύκνωση του ατμού και μείωση της πίεσής του. Οπότε με την επαναλαμβανόμενη θέρμανση και ψύξη του κυλίνδρου, η μηχανή ξόδευε το μεγαλύτερο μέρος της θερμικής ενέργειας αντί να το μετατρέπει σε μηχανική ενέργεια.

Η κρίσιμη διαίσθηση του Watt συνέβη τον Μάιο του 1765, οπότε κατάφερε να συμπυκνώσει τον ατμό σε ξεχωριστό χώρο από αυτόν του πιστονιού και να διατηρήσει την θερμοκρασία του κυλίνδρου στην ίδια θερμοκρασία με αυτήν του εγχυνόμενου ατμού, περιβάλλοντάς τον με ένα περίβλημα ατμού (steam jacket). Οπότε πολύ λίγη ενέργεια απορροφάτο από τον κύλινδρο σε κάθε κύκλο, κρατώντας την έτσι διαθέσιμη για την εκτέλεση χρήσιμου έργου. Ο Watt είχε ήδη ένα λειτουργικό μοντέλο αργότερα μέσα στον ίδιο χρόνο. Παρά την συνεπή λογική του σχεδίου, υπήρχαν ακόμη ουσιώδεις δυσκολίες στην κατασκευή μιας μηχανής πλήρους-κλίμακας. Η κυριότερη πρακτική δυσκολία ήταν στην προσαρμογή του πιστονιού και του κυλίνδρου Οι εργάτες του σιδήρου της εποχής ήταν ακόμη σαν τους παλιούς σιδεράδες μακράν των σημερινών μηχανουργών και ήταν αδύνατο να παράγουν τα στοιχεία με ικανοποιητική ακρίβεια. Μέσω του Boulton, πέτυχε ο Watt να έρθει σε επαφή με τους καλύτερους εργάτες μετάλλου στον κόσμο. Η δυσκολία κατασκευής ενός μεγάλου κυλίνδρου με ένα σφιχτά προσαρμοσμένο πιστόνι λύθηκε από τον John Wilkinson, που είχε αναπτύξει καταπληκτική ακρίβεια στην κατασκευή κανονιών στο Bersham, κοντά στο Wrexham, στη Βόρεια Ουαλία. Οι Watt and Boulton έκαναν ένα επιτυχέστατο συνεταιρισμό που κράτησε τα επόμενα 25 χρόνια.

Ο Watt συνδύασε θεωρητική γνώση της επιστήμης με την ικανότητα πρακτικής εφαρμογής. Ο Humphry Davy είπε σχετικά: «Αυτοί που θεωρούν τον James Watt μόνο ως ένα μεγάλο πρακτικό μηχανικό έχουν σχηματίσει μια πολύ εσφαλμένη ιδέα του χαρακτήρα του. Ήταν εξίσου διακεκριμένος φυσικός φιλόσοφος και χημικός και οι εφευρέσεις του δείχνουν την βαθιά γνώση του αυτών των επιστημών, και αυτό το παράξενο χαρακτηριστικό της μεγαλοφυΐας, τη συνένωση των επιστημών για πρακτική εφαρμογή».

Ήταν ιδιαίτερα σεβαστός από άλλους εξέχοντες παράγοντες της Βιομηχανικής Επανάστασης. Ήταν ακόμη σημαντικό μέλος της Lunar Society, και εμβριθής συνομιλητής και φίλος, που ενδιαφερόταν πάντα να επεκτείνει τους ορίζοντές του. Οι προσωπικές του σχέσεις με φίλους και εταίρους χαρακτηρίζονταν από την εκλεκτική συγγένεια και τη διάρκεια.

Ο Watt ήταν παραγωγικότατος στην αλληλογραφία του. Κατά τα χρόνια του στην Κορνουάλη έγραφε μακροσκελείς επιστολές στον Boulton συχνά μες στην βδομάδα. Ήταν αντίθετος στη δημοσίευση των αποτελεσμάτων του, για παράδειγμα στις Philosophical Transactions της Royal Society και προτιμούσε να επικοινωνεί τις ιδέες του μέσω πατεντών. Ήταν επίσης ένας εξαιρετικός χειροτέχνης.