James Watt (født 19. januar 1736, død 25. august 1819) var en britisk oppfinner, maskiningeniør og instrumentmaker. Han drev mye med reparasjonsarbeid, og på den måten skaffet han seg kunnskap om datidens mekanikk. Hans forbedringer av atmosfæremotoren (dampmaskinen) var avgjørende for endringene som fulgte av den industrielle revolusjon, både i Storbritannia og i resten av verden.
Mens han arbeidet som instrumentmaker ved Universitetet i Glasgow, ble Watt interessert i dampmaskinens teknologi. Han innså at samtidens utforming av maskinen sløste bort mye energi ved gjentatt avkjøling og oppvarming av sylinderen. Watt innførte en forbedring av designet, med adskilt dampkondensator som førte til reduksjon av energitapet og forbedret effekten, effektiviteten og kost-nytte-effekten av dampmaskiner. Til sist tilpasset han sin maskin til å produsere dreiebevegelse, noe som utvidet dens bruksmuligheter langt ut over det å kun pumpe vann.
Watt forsøkte å kommersialisere sin oppfinnelse, men sleit med store finansielle vanskeligheter inntil han til sist gikk i partnerskap med Matthew Boulton i 1775. Det nye firmaet Boulton & Watt ble etter hvert en stor suksess, og Watt ble rik. Etter at han pensjonerte seg, fortsatte han å frambringe nye oppfinnelser, men ingen ble så betydningsfulle som dampmaskinen. I en park i Glasgow i Skottland står det en minnestein som markerer starten på den industrielle revolusjon. Det hevdes at det var akkurat her James Watt sto i 1765 da han fant ut hvordan han kunne forbedre Newcomens dampmaskin. Han utviklet også konseptet med hestekrefter. SI-enheten watt for effekt, med symbolet W, er navngitt etter ham. Han døde i 1819 i en alder av 83 år. Han er blitt beskrevet som en av de mest innflytelsesrike personer i menneskehetens historie.
Liv og virke miniatyr|Veggbyste i Linenhall Street, Belfast. James Watt ble født i 1736 i Greenock, en havneby ved Firth of Clyde i Renfrewshire.Thurston, Robert Henry (1878): A history of the growth of the steam-engine. The International Scientific Series. New York: D. Appleton and Company. s. 80. Faren var skipsbygger, skipseier og kontraktør, og fungerte som byens sjefsbaillie, en sivil embetsmann for lokalmyndighetene,Muirhead, James Patrick (1859): The life of James Watt: with selections from his correspondence (2. utgave). John Murray. s. 10. mens moren, Agnes Muirhead, kom fra en god familie og var velutdannet. Begge var presbyterianere og trofaste covenanter, en radikal skotsk presbyteriansk bevegelse.Klooster, John W. (2009): Icons of invention: the makers of the modern world from Gutenberg to Gates. Icons of invention 1. ABC-CLIO. ISBN 978-0-313-34743-6. s. 30 Watts bestefar, Thomas Watt, var lærer i matematikk og var baillie for baronen av Cartsburn.Muirhead, James Patrick (1859): The life of James Watt: with selections from his correspondence (2. utgave). John Murray. s. 4,7. Til tross for at han ble oppfostret av religiøse foreldre, ble Watt senere en deist som aldri gikk i kirken.McCabe, Joseph (1945): A Biographical Dictionary of Ancient, Medieval, and Modern Freethinkers, Haldeman-Julius Publications. Sitat: «He made such improvement in the crude steam-engine that had been invented before his time that he is usually described as the inventor. «His many and most valuable inventions must always place him among the leading benefactors of mankind,» says the account of him in the Dictionary of National Biography. He was an accomplished man. He knew Greek, Latin, French, German and Italian and was very friendly with the great freethinking French scientists. Andrew Carnegie has written a life of him and describes him as a deist who never went to church.»
Watt gikk ikke jevnlig på skolen. I begynnelsen ble han undervist hjemme av sin mor, men senere gikk han på gymnaset Greenock Grammar School.Tann, Jennifer (2004): «James Watt (1736–1819)». Oxford Dictionary of National Biography. Oxford, England: Oxford University Press. Han viste stor manuell fingernemhet, dyktighet med tekniske innretninger og begavelse i matematikk, mens latin og gresk ikke interesserte ham.
Da han var atten år, døde foreldrene hans. Watt reiste så til London for å studere instrumentmakeri ett års tid. Deretter reiste han tilbake til Skottland og bosatte seg i Glasgow med det mål å opprette sin egen forretning for å framstille instrumenter. Han laget og reparerte blant annet oktanter av messing, parallellinjaler, vekter, barometre og deler for teleskoper. Ettersom han ikke hadde tjenestegjort som lærling i minst sju år, blokkerte hammerlauget i Glasgow (som hadde jurisdiksjon over alle håndverkere som benyttet hammer) hans virksomhet,Thomas, Henry; Thomas, Dana Lee (1954): Living adventures in science. Ayer Publishing. s. 25. til tross for at det ikke fantes andre matematiske instrumentmakere i Skottland.Carnegie, Andrew (1905): «3» . James Watt. New York: Doubleday, Page and Company.
Watt ble reddet fra dette uføret ved at det kom astronomiske instrumenter til Universitetet i Glasgow, instrumenter som krevde tilsyn av ekspertise.Marshall (1925), Chapter 3 Watt reparerte dem, og instrumentene ble senere installert i Macfarlanes observatorium. Med tiden tilbød tre professorer ham å opprette et lite verksted inne på universitetsområdet. Det ble innviet i 1757 og to av professorene, fysikeren og kjemikeren Joseph Black og den berømte Adam Smith, ble venner av Watt.Watt, James; Robinson, Eric; Black, Joseph (1969): Partners in Science: Letters of James Watt and Joseph Black. Harvard University Press.
I begynnelsen arbeidet han med å vedlikeholde og reparere vitenskapelige instrumenter som ble brukt på universitetet, hjalp til med demonstrasjoner og økte produksjonen av oktanter. I 1759 dannet han et partnerskap med arkitekten og forretningsmannen John Craig for å framstille og selge en rekke mekaniske apparater, inkludert musikkinstrumenter og leker for barn. Partnerskapet varte i de neste seks årene og de fikk etterhvert 16 ansatte. Craig døde i 1765, og en av de ansatte, Alex Gardner, overtok forretningen som kom til vare fram til 1900-tallet.Hills, bind I, sidene 103-115
I 1764 giftet Watt seg med sin kusine Margaret (Peggy) Miller, som han fikk fem barn med; to av dem levde til de ble voksne: James Jr. (1769–1848) og Margaret (1767–1796). Hans hustru døde i barsel i 1772. I 1777 giftet han seg på nytt, da med Ann MacGregor, datteren til en farger i Glasgow. Han fikk to barn med henne: Gregory (1777–1804), som ble geolog og mineralog,Torrens, H. S. (2006): The geological work of Gregory Watt, his travels with William Maclure in Italy (1801–1802), and Watt's «proto-geological» map of Italy (1804) 411. s. 179–197. doi:10.1130/2006.2411(11). og Janet (1779–1794). Ann døde i 1832. Mellom 1777 og 1790 bodde Watt i Regent Place i Birmingham.Plaque #1804 on Open Plaques
Tidlige eksperimenter
I 1759 gjorde Watts venn, John Robison, ham oppmerksom på bruken av vanndamp som en kilde for å drive en motor.Muirhead, James Patrick (1858): The life of James Watt: with selections from his correspondence. J. Murray. s. 74–83 Designet på Newcomen-maskinen, som hadde vært i bruk i bortimot femti år med å pumpe vann fra gruver, hadde knapt endret seg fra sin første utførelse. Watt begynte å eksperimentere med damp, selv om han aldri hadde sett en dampmaskin i virksomhet. Han forsøkte å konstruere en modell. Den virket ikke, men han fortsatte sine eksperimenter og leste alt han kom over om emnet. Han forsto betydningen av latent varme i forståelsen av motoren, noe som hans venn Joseph Black hadde oppdaget noen år tidligere, men det var ukjent for Watt. Forståelsen av dampmaskinen var i et meget primitiv stadium, ettersom vitenskapen om termodynamikk først ble utviklet på 1800-tallet.
I 1763 ble Watt bedt om å reparere en modell av en Newcomen-maskin som universitetet eide. Selv etter at den var reparert, var det bare så vidt den virket. Etter mange eksperimenter kunne Watt demonstrere at bortimot tre fjerdedeler av varmen fra dampen gikk tapt ved å varme opp maskinsylinderen for hver omdreining.Frazer, Persifor (1859): Journal of the Franklin Institute. s. 296–297. Denne energien ble kastet bort, ettersom det senere i arbeidssyklusen ble sprøytet kaldt vann inn i sylinderen for å kondensere dampen. De tidlige dampmaskinene virket nemlig ved at atmosfærens trykk satte stemplet i bevegelse når dampen fortettes. Således forbrukte maskinen mye av den tilførte energi ved gjentatte ganger å varme opp sylinderen framfor å avgi energien som mekanisk kraft.
Watts kritiske innsikt, som han kom til i mai 1765,Dickinson, s. 36 var å få dampen til å kondensere i et kammer adskilt fra stempelet, og å opprettholde temperaturen i sylinderen på samme nivå som den innsprøytede dampen ved å omgi den med en «dampjakke». Det betydde at svært lite varme ble avgitt i sylinderen for hver syklus, og derved ble mer varme fra dampen gjort tilgjengelig for å utføre nyttig arbeid. Watt hadde en virksom modell klar senere det samme året.
Til tross for en mulig virksom modell var det fortsatt betydelige vanskeligheter med å konstruere en maskin i full skala. Det krevde mer kapital, og en del av det kom fra Black. Mer betydelig finansiering kom fra John Roebuck, grunnleggeren av det berømte jernverket Carron Iron Works i nærheten av Falkirk, som Watt så opprettet et partnerskap med. Roebuck bodde i Kinneil House i Bo'ness på denne tiden da Watt arbeidet med å perfeksjonere sin dampmaskin i en hytte tilstøtende til huset. Skjelettet av hytten, og en meget stor del av et av hans prosjekter, eksisterer fortsatt på stedet.«James Watt's Cottage», Canmore. Royal Commission on the Ancient and Historical Monuments of Scotland.
Den største utfordringen var i fabrikkeringen av stempelet og sylinderen. Jernarbeidere på denne tiden var mer smeder enn moderne maskinarbeidere og var ikke i stand til å framstille komponentene med nødvendig presisjon. Mer kapital ble brukt i å fremme det banebrytende patentet i Watts oppfinnelse. Etter å ha brukt opp sin kapital, ble Watt tvunget til å ta ansettelse, først som landmåler og deretter som bygningsingeniør, de neste åtte år.Hills, bind I, sidene 180-293
Roebuck gikk konkurs, og Matthew Boulton, som eide Soho Manufactory i nærheten av Birmingham, overtok hans patentrettigheter. En utvidelse av patentet ble vellykket gjennomført i 1775.James Watt's Fire Engines Patent Act, 1775 (15 Geo 3 c. 61), som i de dager krevde en lov i parlamentet.
Via Boulton fikk Watt endelig tilgang til en del av de beste maskinarbeiderne i verden. Vanskeligheten med å framstille en stor sylinder med et tett tilpasset stempel ble løst av John Wilkinson, som hadde utviklet en teknikk for presisjonsboring for å framstille kanoner ved Bersham, i nærheten av Wrexham, i nordlige Wales. Watt og Boulton dannet et meget vellykket partnerskap, Boulton & Watt, som framstilte dampmaskiner og som varte i de neste 24 årene.
Første maskin miniatyr|Gravering av dampmaskin fra 1784 designet av Boulton & Watt. B dampventiler (tilførsel) C dampsylinder E dampventiler H forbindelsesstag N kaldtvannspumpe O forbindelsesstag P stempel Q sentrifugalregulator R stag til luftpumpe T spjeld for damptilførsel (styrt av regulator (Q)) g kobling mellom stempel (P) og svingarm via parallell bevegelse g-d-c m damptilførsel styrt av luftpumpestaget (R).
De første dampmaskinene ble installert og tatt i bruk 1712 av Thomas Newcomen. Maskinene ble benyttet til å drive pumper. Den ga kun vekselvis opp og ned bevegelser som ga kraft til staget som drev pumpen i bunnen av en gruve. Designet var kommersielt vellykket, og i de neste fem årene var Watt meget opptatt med å installere flere maskiner for å pumpe vann ut av dype gruver, hovedsakelig i Cornwall.