Джеймс уайт что изобрел

Джеймс Уатт

шотландский ученый, изобретатель паровой машины

Джеймс Уатт

Джеймс Уатт (англ. James Watt) родился 30 января 1736 года в Шотландии, в Гриноке близ Глазго. Отец отправил его в Лондон, чтобы Джеймс обучился слесарному делу. За один год он освоил программу, рассчитанную на 7 лет, и, вернувшись на родину, стал работать механиком в университете Глазго.

Познакомившись с физиками Дж. Блэком и Дж. Робинсоном, Уатт принимал участие в проводимых ими экспериментах по определению теплоты парообразования. В то время было очень популярно создавать паровые машины, среди которых к тому времени существовали «огневая машина» француза Д. Папена, паровой водоподъемник Т. Севери, пароатмосферная машина Т. Ньюкомена.

Уатт приступает к совершенствованию паровой машины. Джеймс Уатт впервые сумел добиться того, чтобы пар не охлаждался внутри цилиндра, в противном случае образовывался конденсат, и эффективность машины падала. В машине Уатта применялось избыточное давление пара, это улучшало экономичность и снижало габариты установки (эта особенность была запатентована в 1768 году).

Работы инженера заинтересовали фабриканта Мэтью Болтона, владевшего металлообрабатывающим заводом в местечке Сохо близ Бирмингема, и он заключает с Уаттом соглашение о партнерстве. В 1782 году Уатт создает первую паровую машину двойного действия.

Болтону принадлежала идея измерять мощность двигателя в лошадиных силах, а по имени Уатта была названа единица мощности – Ватт. Фирма «Болтон и Уатт» до конца века была монополистом в Англии по производству паровых машин. Паровая машина Уатта сыграла большую роль в промышленном перевороте и переходе к машинному производству.

Кроме того, Уатту принадлежат и другие изобретения и открытия: ртутный манометр, водомерное стекло в котлах, копировальные чернила, индикатор давления.

Умер Джеймс Уатт 19 августа 1819 года в Хитфилде близ Бирмингема (Англия).

Источник

Паровая машина Уатта

Главным двигателем в разных отраслях производства веками оставалось водяное колесо. Но этот двигатель требовал располагать предприятия у рек и для запуска нуждался в дорогостоящих подготовительных работах. Мощность водяных колёс, зависевшую от силы реки, было трудно контролировать: ведь как в засуху, так и при наводнении — двигатель мог встать. Нужда в мощном, дешёвом, легкоуправляемом двигателе, который можно установить в любом месте, привела к созданию паровых машин.

Вспомнить Герона

«Праотцами» паровой машины можно считать два творения Герона Александрийского — поршневый насос и эолипил, в котором сила пара использована как источник энергии. Идею эолипила развил итальянский инженер Джованни Бранка, создав в 1629 г. первую паровую турбину, схожую с водяным колесом, но вращаемую не потоком воды, а давлением струи пара.

Двигатель Бранка был слишком слаб для промышленного использования — мощи паровой струи, поступающей из кипящего котла с водой, не хватало для раскручивания большого колеса. Поршневые насосы в XVI-XVIII вв. широко использовались для откачки грунтовых вод из глубоких шахт и приводились в движение водяным колесом (гидравлическим двигателем). Английский изобретатель Эдвард Сомерсет объединил идею поршня и использование пара в качестве рабочего тела (источника энергии) и в 1655 г. построил паровой насос для подъёма воды на стену замка. Но в те годы его идея не нашла поддержки.

Модель Папена

Серия научных открытий XVII- XVIII вв., познакомившая человечество с воздействием атмосферного давления, свойствами вакуума и расширением объёма тел при нагревании, дала пищу умам конструкторов, стремившихся создать новые типы двигателей. Опираясь на накопленные знания и конструкторский опыт предшественников, французский изобретатель Дени Папен в 1680 г. создал первую модель паровой машины. Рабочий поршень его машины, поднятый паром, образованным в рабочем цилиндре, опускаясь под давлением атмосферы, с помощью системы блоков поднимал груз. Так модель Папена показывала возможность практического применения силы пара.

«Друг рудокопа»

В 1698 г. английский инженер Томас Севери получил патент на «друга рудокопа» — паровой насос для откачки воды из шахт. Всю работу «друга» выполнял пар — там даже не было поршня. Севери, в отличие от Папена, стал производить пар в паровом котле, отделённом от рабочей части машины. Но для действия машины приходилось каждый раз охлаждать паровой котёл, и тепло, на создание которого тратился уголь в нагревательной печи, уходило в воздух.

Турбина — вращающийся (ротационный) двигатель, преобразующий энергию рабочего тела (воды, пара, газа) в механическую работу.Конденсация — переход вещества из газообразного состояния в жидкое. После конденсации пар становится водой.

Двигатель Ньюкомена

Английский кузнец, изобретатель-самоучка Томас Ньюкомен, объединив идеи Папена и Севери, в 1711 г. создал машину, в которой пар охлаждался не в котле, а в рабочем цилиндре, сберегая больше тепла и делая процесс непрерывным. Ньюкомен назвал своё детище «пароатмосферным двигателем», т. к. поршень поднимал пар, а опускало его давление атмосферы. Двигатель Ньюкомена приводил в движение коромысло с поршнем насоса, откачивавшего воду из шахты.

Машина потребляла много угля, а полезную работу поршень совершал только при опускании. Но владельцы шахт, не испытывая недостатка в угле, уже к 1733 г. купили 110 машин Ньюкомена.

Паровая революция

Изготовление поршня и цилиндра для паровой машины требовало высокой точности в подгонке деталей, чтобы пар не прорывался в зазоры между ними, грозя обварить окружающих. Для массового производства паровых машин создали высокоточные станки, которые упростили производство и всех других станков — началась цепная реакция развития машиностроения. Машины Уатта внедрялись во все отрасли производства и ставились в любом месте, что позволило перенести промышленные центры в города, где было достаточно рабочей силы. Так создание одной машины сразу подняло на новый уровень всё производство, переведя «машинную революцию» в революцию промышленную. С начала XIX в. варианты паровых машин служили и двигателями для транспорта.

Машина широкого спроса

В 1763 г. шотландскому инженеру Джеймсу Уатту пришлось чинить одну из машин Ньюкомена, и он обнаружил в ней много недочётов. Так, при запуске пара в охлаждённый водой цилиндр часть его тепла тратилась не на работу, а на повторный нагрев цилиндра. Но если держать цилиндр постоянно нагретым, как конденсировать пар? И тогда Уатт понял, что для создания вакуума в рабочем цилиндре можно просто откачать из него пар и отвести его охлаждаться в отдельный резервуар — в конденсатор, а оттуда вернуть воду обратно в котёл, замкнув цикл работы машины. В 1769 г. Уатт запатентовал свой пароатмосферный двигатель, который стал первой машиной, широко используемой в производстве.

Двойной пар

В 1770-х гг. Уатт повысил мощность парового двигателя, заменив давление атмосферы на поршень давлением пара. Теперь пар в рабочий цилиндр подавался с двух сторон рабочего поршня, и поднимая, и опуская его. Патент на машину с цилиндром двойного действия Уатт получил в 1776 г. Это был уже не пароатмосферный, а паровой двигатель.

Поршень крутит колесо

Поршни машины Уатта 1765-1776 гг. совершали лишь одно рабочее движение (вниз) и работали рывками. В разработке системы передачи, переводящей прямолинейное движение поршня во вращательное движение рабочего колеса-маховика Уатта опередил некий Пикар, рабочий его завода. Он изобрёл удобный кривошипно-шатунный механизм, передающий движение от поршня к маховику. Теперь, вращая маховик, поршень совершал полезную работу при движении и вниз, и вверх — энергия двигателя стала использоваться полностью. Снабжённые колёсами машины Уатта нашли спрос как двигатели для мельниц, прядильных и ткацких станков, дисковых пил на лесопилках и пр.

Полная автоматизация

Работу первых двигателей Уатта приходилось контролировать. Надо было следить, чтобы машина работала равномерно, не развивая слишком большую мощность, для замедления вращения маховика или качания коромысла время от времени приходилось прикрывать клапан подачи пара. Также вручную открывались и закрывались клапаны подачи и отвода пара из главного цилиндра. В машине 1784 г. Уатт автоматизировал оба эти процесса: регулятор подачи пара он изобрёл сам, а в автоматизации парораспределения Уатту помог его сотрудник, механик Уильям Мердок, придумавший золотник — устройство, направляющее поток пара.

Развитие идеи

Успех первой пароатмосферной машины принёс Уатту и славу, и деньги на продолжение работы. Он поставил перед собой несколько задач по усовершенствованию своей машины: повысить мощность, использовать для выполнения полезной работы не только опускание поршня, но и его подъём, а также полностью автоматизировать управление машиной.

Источник

Джеймс Уатт

Биография

Шотландский инженер Джеймс Уатт в 1776 году усовершенствовал паровой двигатель Томаса Ньюкомена. Это новаторство возымело фундаментальное значение в промышленной революции сначала в Великобритании, а затем во всем мире. Методом проб и ошибок Уатт создал универсальную паровую машину, которая вырабатывала на 100 % полезную энергию. Имя изобретателя-механика увековечено в названии единицы СИ — ватт.

Детство и юность

Ученый родился 19 января 1736 года в портовом городе Гринок на западе Шотландии. Он старший из пяти выживших детей Агнес (в девичестве Мюрхед), женщины из знатного рода с хорошим образованием, и судостроителя Джеймса Уатта.

Родители Джеймса исповедали пресвитерианство и поддерживали идеи «Национального конвента» 1638 года — манифеста Шотландии в защиту этой церкви. Сам инженер, несмотря на религиозное воспитание, вырос деистом.

В детстве Уатт редко посещал школу из-за слабого здоровья. До 1744 года его главным наставником была мать. Затем шотландский инженер поступил в Greenock Grammar School. Его любимым предметом стала математика, а вот латынь и греческий язык давались с трудом. Из-за неспособности совладать с гуманитарными науками одноклассники считали Джеймса Уатта глупым.

Embed from Getty Images Джеймс Уатт в детстве с родителями

1755 год — самый трудный в юношеской жизни ученого. Мать умерла, а здоровье отца стремительно ухудшалось. Волею случая семья осталась без корабельного промысла — основного источника заработка. Роль главного кормильца легла на плечи Джеймса.

За вдохновением и профессией он отправился в Лондон, сердце Великобритании. Программу по слесарному ремеслу, рассчитанную на 7 лет, ему удалось изучить за год. Затем ученый переехал в Глазго, крупнейший город Шотландии, намереваясь посвятить себя изобретению математических приборов. Идея прогорела из-за недостатка связей.

От творческого застоя Джеймса Уатта спасла коллекция астрономических инструментов, завещанных Университету Глазго математиком Александром Макфарлейном. За символическую плату изобретатель-механик привел приборы в рабочее состояние, чем привлек внимание основоположника теоретической экономики Адама Смита и химика Джозефа Блэка. Втроем в 1757 году они открыли мастерскую по ремонту точных инструментов.

Личная жизнь

В 1764 году женой Джеймса Уатта стала его кузина Маргарет Миллер. Из пяти детей, рожденных в браке, до совершеннолетия дожили только двое — нареченные в честь родителей Джеймс-младший и Маргарет Уатт. Сын появился на свет в 1769 году и прожил 79 лет, дочь родилась в 1767-м и прожила 29 лет.

Шотландский инженер потерял жену в 1772 году во время родов. А в 1777-м он вновь сыграл свадьбу. Новой избранницей стала Энн Макгрегор, дочь красильщика из Глазго. В год бракосочетания она родила супругу сына Грегори, а в 1779-м — дочь Джанет.

Личная жизнь Джеймса Уатта и Энн Макгрегор продлилась 42 года, вплоть до смерти ученого в 1819-м. Жена пережила его на 13 лет, скончавшись в 1832-м.

Изобретательство

Согласно мифу, на изобретение парового двигателя Джеймса Уатта вдохновило кипение чайника. Ученый увидел, как извергающийся пар заставляет крышку подскакивать, и впервые задумался о мощности этого вещества.

Эта история — вымысел, который легко запомнить детям и взрослым. Как миф про Исаака Ньютона, который открыл гравитацию после того, как на него упало яблоко. На самом деле Джеймс Уатт не изобретал паровой двигатель, но значительно улучшил существующий Newcomen. Его создал Томас Ньюкомен в 1712 году.

К моменту, когда Джеймс Уатт заинтересовался термодинамикой, Newcomen более 50 лет исправно откачивал воду из шахт. Вдохновившись принципом действия этой конструкции, шотландский инженер стал экспериментировать с паром.

Embed from Getty Images Паровая машина Джеймса Уатта

Джеймс Уатт пришел к выводу, что 3/4 энергии расходуется Newcomen на нагрев цилиндра двигателя после охлаждения ледяной водой на каждом цикле. Многократно нагревая и охлаждая цилиндр, двигатель терял значительную часть тепловой энергии, вместо того чтобы преобразовывать ее в механическую.

В 1765 году Джеймс Уатт понял, что пар должен конденсироваться в отдельной камере, и тогда температура цилиндра будет держаться на одном уровне. В этом случае увеличится коэффициент полезного действия. Месяц ушел у изобретателя-механика на проектирование модели, а создание самого двигателя требовало денег.

Неоценимую финансовую помощь Джеймсу Уатту оказал меценат Мэттью Болтон. В 1775 году они запатентовали то, что в будущем будет известно как универсальная паровая машина. А спустя 12 месяцев главное изобретение уроженца Шотландии исправно работало на крупнейших коммерческих предприятиях, например, пивоваренных заводах. На одном из них родилось понятие «лошадиная сила».

До паровых машин воду для пивоваренных и других схожих заводов накачивали лошади. Чтобы определить, насколько мощный двигатель способен заменить животных, владелец одного из предприятий в течение восьми часов на полных оборотах гонял свою самую мощную кобылу. Джеймс Уатт выяснил, что в час она перегнала 75 кг воды. Это и есть размер общепринятой сегодня единицы изменения мощности — лошадиная сила равняется 75 килограмм-силам на метр в секунду.

Первые паровые машины Джеймса Уатта поражали размерами: полтора метра в диаметре, более семи метров в высоту, они занимали отдельные здания. В последующие 6 лет ученый совершенствовал не только «начинку» своего открытия, но и внешний вид.

На закате XVIII века значение двигателя, разработанного Джеймсом Уаттом, оказалось великим. По его принципам работал и копировальный пресс — еще одно достижение шотландского инженера, запатентованное в 1780 году. Конструкция считалась актуальной даже в XX веке.

Джеймс Уатт вышел на пенсию в 1800 году, когда истек срок патента на самую первую паровую машину и договор с Мэттью Болтоном. Но он продолжил изобретать. Среди прочего удалось создать эйдографы — приборы для «клонирования» скульптур, медальонов, сосудов и прочих предметов искусства.

Смерть

Биография Джеймса Уатта завершилась 25 августа 1819-го. Причина смерти естественна — ученый проживал свой 83-й год.

Тело Джеймса Уатта захоронили на кладбище у церкви Святой Марии в Хэндсворте, что в графстве Стаффордшир на западе Англии. Со временем церковь расширилась, и теперь могила шотландского инженера находится под сводами.

Личность Джеймса Уатта увековечили памятником в Вестминстерском аббатстве. Позже это детище даровитого скульптора Френсиса Легата Чантри перенесли в собор Святого Павла. Ученый изображен сидящим, на коленях у него бумага, а в руках перо.

Soap bubbler and statue of James Watt.

Согласно актуальным фотографиям, справа от кенотафа Джеймса Уатта установлена табличка, на которой сохранилась надпись современников:

«Не увековечить имя, которое должно жить, пока процветают мирные искусства, но показать, что человечество научилось чтить тех, кто больше всего заслуживает благодарности… Джеймс Уатт увеличил ресурсы своей страны, развил силы человека и поднялся на видное место среди самых выдающихся последователей науки».

Прежде эта табличка красовалась на постаменте.

Источник

Джеймс Уатт

Фото Все

Видео Все

Джеймс Уатт и паровая машина.

Джеймс Уатт и его паровая машина

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.

Паравая 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.

Ссылки

Источник