Biographie von James Watt, Erfinder der modernen Dampfmaschine
James Watt, 1736 - 1819. Ingenieur, Erfinder der Dampfmaschine, von John Partridge; nach Sir William Beechey, 1806. Öl auf Leinwand.
Nationale Galerien von Schottland / Getty Images
James Watt (30. Januar 1736 – 25. August 1819) war ein schottischer Erfinder, Maschinenbauingenieur und Chemiker, dessen 1769 patentierte Dampfmaschine die Effizienz und den Einsatzbereich der von eingeführten frühen atmosphärischen Dampfmaschine erheblich erhöhte Thomas Newcomen im Jahr 1712. Obwohl Watt die Dampfmaschine nicht erfunden hat, wird allgemein angenommen, dass seine Verbesserungen an Newcomens früherem Design die moderne Dampfmaschine zur treibenden Kraft hinter der Dampfmaschine gemacht haben Industrielle Revolution .
Schnelle Fakten: James Watt
- Jones, Peter M.' Die Aufklärung und die Französische Revolution leben: James Watt, Matthew Boulton und ihre Söhne .' Das historische Journal 42.1 (1999): 157–82. Drucken.
- Hügel, Richard L. ' Power from Steam: Eine Geschichte der stationären Dampfmaschine .' Cambridge: Cambridge University Press, 1993.
- Müller, David Philipp. „Puffing Jamie“: Die kommerzielle und ideologische Bedeutung, ein „Philosoph“ zu sein, im Fall der Reputation von James Watt (1736–1819).“ Wissenschaftsgeschichte , 2000, https://journals.sagepub.com/doi/abs/10.1177/007327530003800101.
- ' Das Leben und die Legende von James Watt: Zusammenarbeit, Naturphilosophie und die Verbesserung der Dampfmaschine .' Pittsburgh: University of Pittsburgh Press, 2019.
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- Wright, Michael. ' James Watt: Musikinstrumentenbauer .' Das Galpin Society Journal 55, 2002.
Frühes Leben und Training
James Watt wurde am 19. Januar 1736 in Greenock, Schottland, als ältestes der fünf überlebenden Kinder von James Watt und Agnes Muirhead geboren. Greenock war ein Fischerdorf, das zu Watts Lebzeiten zu einer geschäftigen Stadt mit einer Flotte von Dampfschiffen wurde. Der Großvater von James Jr., Thomas Watt, war ein bekannter Mathematiker und örtlicher Schulmeister. James Sr. war ein prominenter Bürger von Greenock und ein erfolgreicher Zimmermann und Schiffsbauer, der Schiffe ausstattete und ihre Kompasse und andere Navigationsgeräte reparierte. Er diente auch regelmäßig als Chief Magistrate und Schatzmeister von Greenock.
'Watts erstes Experiment', 18. Jahrhundert, (c1870). James Watt (1736-1819), schottischer Ingenieur, experimentierte als Junge mit dem Teekessel am Esstisch seines Elternhauses in Greenock. Im linken Hintergrund ist der Gehilfe seines Vaters mit einem Kunden in der Schreinerei zu sehen. Drucksammler / Getty Images
Obwohl er eine Begabung für Mathematik zeigte, hinderte ihn die schlechte Gesundheit des jungen James daran, die Greenock Grammar School regelmäßig zu besuchen. Stattdessen erwarb er die Fähigkeiten, die er später im Maschinenbau brauchte Ingenieurwesen und den Gebrauch von Werkzeugen, indem er seinem Vater bei Tischlerprojekten half. Der junge Watt war ein begeisterter Leser und fand in jedem Buch, das ihm in die Hände kam, etwas, das ihn interessierte. Mit 6 Jahren löste er geometrische Probleme und benutzte den Teekessel seiner Mutter, um Dampf zu untersuchen. In seiner frühen Jugend zeigte er seine Fähigkeiten, insbesondere in Mathematik. In seiner Freizeit skizzierte er mit Bleistift, schnitzte und arbeitete am Werkzeugtisch mit Holz und Metall. Er stellte viele geniale mechanische Arbeiten und Modelle her und half seinem Vater gerne bei der Reparatur von Navigationsinstrumenten.
Nach dem Tod seiner Mutter 1754 reiste der 18-jährige Watt nach London, wo er eine Ausbildung zum Instrumentenmacher erhielt. Obwohl ihn gesundheitliche Probleme daran hinderten, eine richtige Lehre zu absolvieren, hatte er 1756 das Gefühl, genug gelernt zu haben, um so gut wie die meisten Gesellen zu arbeiten. 1757 kehrte Watt nach Schottland zurück. Er ließ sich in der großen Handelsstadt Glasgow nieder und eröffnete ein Geschäft auf dem Campus der Universität von Glasgow, wo er mathematische Instrumente wie Sextanten, Kompasse, Barometer und Laborwaagen herstellte und reparierte. Während seines Studiums freundete er sich mit mehreren Gelehrten an, die sich als einflussreich erwiesen und seine zukünftige Karriere unterstützten, darunter ein berühmter Wirtschaftswissenschaftler Adam Smith und britischer Physiker Josef Schwarz , dessen Experimente sich als entscheidend für Watts zukünftige Dampfmaschinenentwürfe erweisen würden.
James Watt als junger Mann, c1769. Künstler: James Scott. Drucksammler / Getty Images
1759 ging Watt eine Partnerschaft mit dem schottischen Architekten und Geschäftsmann John Craig ein, um Musikinstrumente und Spielzeug herzustellen und zu verkaufen. Die Partnerschaft dauerte bis 1765 und beschäftigte zeitweise bis zu 16 Arbeiter.
1764 heiratete Watt seine Cousine Margaret Millar, bekannt als Peggy, die er seit ihrer Kindheit kannte. Sie hatten fünf Kinder, von denen nur zwei das Erwachsenenalter erreichten: Margaret, geboren 1767, und James III, geboren 1769, der als Erwachsener der wichtigste Unterstützer und Geschäftspartner seines Vaters werden sollte. Peggy starb 1772 während der Geburt, und 1777 heiratete Watt Ann MacGregor, die Tochter eines Färbers aus Glasgow. Das Paar hatte zwei Kinder: Gregory, geboren 1777, und Janet, geboren 1779.
Der Weg zu einer besseren Dampfmaschine
1759 zeigte ein Student der University of Glasgow Watt ein Modell eines Neue Dampfmaschine und schlug vor, es könnte - anstelle von Pferden - verwendet werden, um Kutschen anzutreiben. Der 1703 vom englischen Erfinder Thomas Newcomen patentierte Motor funktionierte, indem er Dampf in einen Zylinder zog und dadurch ein Teilvakuum erzeugte, das die Erhöhung ermöglichte Luftdruck einen Kolben in den Zylinder zu schieben. Im 18. Jahrhundert wurden Newcomen-Motoren in ganz Großbritannien und Europa eingesetzt, hauptsächlich um Wasser aus Minen zu pumpen.
Neue atmosphärische Dampfmaschine. Newton Henry Black / Wikimedia Commons / Gemeinfrei
Fasziniert vom Newcomen-Motor begann Watt mit dem Bau von Miniaturmodellen aus Blechdampfzylindern und Kolben, die über ein Zahnradsystem an den Antriebsrädern befestigt waren. Im Winter 1763–1764 bat John Anderson in Glasgow Watt, ein Modell eines Newcomen-Motors zu reparieren. Er konnte es zum Laufen bringen, aber verwirrt von seiner Dampfverschwendung begann Watt, die Geschichte der Dampfmaschine zu studieren und führte Experimente zu den Eigenschaften von Dampf durch.
Watt bewies unabhängig die Existenz von latente Wärme (die Wärme, die erforderlich ist, um Wasser in Dampf umzuwandeln), die von seinem Mentor und Unterstützer Joseph Black theoretisiert worden war. Watt ging mit seinen Recherchen zu Black, der sein Wissen gerne teilte. Watt kam aus der Zusammenarbeit mit der Idee heraus, die ihn auf den Weg zu einer verbesserten Dampfmaschine brachte, die auf seiner bekanntesten Erfindung basiert – der separater Kondensator .
Die Watt-Dampfmaschine
Watt erkannte, dass der größte Fehler der Newcomen-Dampfmaschine der schlechte Kraftstoffverbrauch aufgrund des schnellen Verlusts latenter Wärme war. Während Newcomen-Motoren Verbesserungen gegenüber früheren Dampfmaschinen boten, waren sie in Bezug auf die Menge der verbrannten Kohle zur Dampferzeugung im Vergleich zur durch diesen Dampf erzeugten Energie ineffizient. Beim Newcomen-Motor wurden abwechselnd Dampf- und Kaltwasserstrahlen in denselben Zylinder eingespritzt, was bedeutet, dass bei jedem Auf- und Abwärtshub des Kolbens die Zylinderwände abwechselnd erhitzt und dann abgekühlt wurden. Jedes Mal, wenn Dampf in den Zylinder eindrang, fuhr er fort kondensieren bis der Zylinder durch den Kaltwasserstrahl wieder auf Betriebstemperatur heruntergekühlt wurde. Dadurch ging bei jedem Hub des Kolbens ein Teil der potentiellen Kraft aus der Hitze des Dampfes verloren.
James Watts Dampfmaschine bei der Arbeit. Drucksammler / Mitwirkender / Getty Images
Watts Lösung, die im Mai 1765 entwickelt wurde, bestand darin, seinen Motor mit einer separaten Kammer auszustatten, die er Kondensator nannte, in der die Kondensation des Dampfes stattfindet. Da die Kondensationskammer von dem den Kolben enthaltenden Arbeitszylinder getrennt ist, erfolgt die Kondensation mit sehr geringem Wärmeverlust aus dem Zylinder. Die Kondensatorkammer bleibt zu allen Zeiten kalt und unter atmosphärischem Druck, während der Zylinder zu allen Zeiten heiß bleibt.
Bei einer Watt-Dampfmaschine wird Dampf aus dem Kessel unter dem Kolben in den Arbeitszylinder gesaugt. Wenn der Kolben die Oberseite des Zylinders erreicht, schließt sich ein Einlassventil, das Dampf in den Zylinder eintreten lässt, während sich gleichzeitig ein Ventil öffnet, das Dampf in den Kondensator entweichen lässt. Der niedrigere atmosphärische Druck im Kondensator saugt den Dampf an, wo er abgekühlt und von Wasserdampf zu flüssigem Wasser kondensiert wird. Dieser Kondensationsprozess hält im Kondensator einen konstanten Unterdruck aufrecht, der über ein Verbindungsrohr zum Zylinder geleitet wird. Der äußere hohe atmosphärische Druck drückt dann den Kolben zurück in den Zylinder, um den Arbeitshub zu vollenden.
Die Trennung von Zylinder und Kondensator eliminierte den Wärmeverlust, der den Newcomen-Motor plagte, und ermöglichte es Watts Dampfmaschine, dasselbe zu produzieren PS bei gleichzeitiger Verbrennung von 60 % weniger Kohle. Die Einsparungen ermöglichten den Einsatz von Watt-Motoren nicht nur in Bergwerken, sondern überall dort, wo Strom benötigt wurde.
Der zukünftige Erfolg von Watt war jedoch weder gesichert noch würde er ohne Schwierigkeiten erfolgen. Als er 1765 auf seine bahnbrechende Idee für den separaten Kondensator kam, war er durch seine Forschungsausgaben fast verarmt. Nachdem er sich beträchtliche Summen von Freunden geliehen hatte, musste er sich schließlich eine Arbeit suchen, um seine Familie zu ernähren. Über einen Zeitraum von etwa zwei Jahren verdiente er seinen Lebensunterhalt als Bauingenieur, vermessungte und leitete den Bau mehrerer Kanäle in Schottland und erkundete Kohlefelder in der Nachbarschaft von Glasgow für die Magistrate der Stadt, während er weiter an seiner Erfindung arbeitete . An einem Punkt schrieb ein verzweifelter Watt an seinen alten Freund und Mentor Joseph Black: Von allen Dingen im Leben gibt es nichts Dummeres als das Erfinden, und wahrscheinlich sind die meisten Erfinder durch ihre eigenen Erfahrungen zu derselben Meinung geführt worden.
1768 ging Watt nach der Herstellung kleiner Arbeitsmodelle eine Partnerschaft mit dem britischen Erfinder und Kaufmann ein John Roebuck um große Dampfmaschinen zu bauen und zu vermarkten. 1769 erhielt Watt ein Patent für seinen separaten Kondensator. Watts berühmtes Patent mit dem Titel A New Invented Method of Lessening the Consumption of Steam and Fuel in Fire Engines gilt bis heute als eines der bedeutendsten Patente, das jemals im Vereinigten Königreich erteilt wurde.
Bronzestatue von Boulton, Watt und Murdoch, 'The Golden Boys', in Gold vergoldet, zum Gedenken an ihre Entwicklung der Dampfmaschine, Broad Street, Zentrum von Birmingham, West Midlands, England. Künstler Ethel Davies. Heritage Images / Getty Images
Partnerschaft mit Matthew Boulton
Als er 1768 nach London reiste, um sein Patent anzumelden, lernte Watt Matthew Boulton kennen, Inhaber einer Manufaktur in Birmingham, bekannt als Soho Manufactory, die kleine Metallwaren herstellte. Bolton und sein Unternehmen waren Mitte des 18. Jahrhunderts sehr bekannt und angesehen Englische Aufklärungsbewegung .
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 führte er bald eine Reihe wertvoller Verbesserungen ein und er war immer auf der Suche nach anderen Ideen, die in seinem Geschäft eingeführt werden könnten.
Er war auch Mitglied der berühmten Lunar Society of Birmingham, einer Gruppe von Männern, die sich trafen, um gemeinsam über Naturphilosophie, Technik und industrielle Entwicklung zu diskutieren: Weitere Mitglieder waren der Entdecker des Sauerstoffs Joseph Priestley, Erasmus Darwin (Großvater von Charles Darwin), und der experimentelle Töpfer Josia Wedgwood . Watt schloss sich der Gruppe an, nachdem er Boultons Partner geworden war.
Boulton, ein extravaganter und energischer Gelehrter, lernte ihn kennen Benjamin Franklin im Jahr 1758. Bis 1766 korrespondierten diese angesehenen Männer und diskutierten unter anderem die Anwendbarkeit der Dampfkraft für 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 mussten noch auf Watt oder seine Dampfmaschine aufmerksam werden.
Als Boulton Watt 1768 kennenlernte, mochte er seinen Motor und beschloss, sich an dem Patent zu beteiligen. Mit Roebucks Zustimmung bot Watt Boulton eine Drittelbeteiligung an. Obwohl es mehrere Komplikationen gab, schlug Roebuck schließlich vor, die Hälfte seines Eigentums an Watts Erfindungen für die Summe von 1.000 Pfund an Matthew Boulton zu übertragen. Dieser Vorschlag wurde im November 1769 angenommen.
Boulton und Watt arbeitende Dampfmaschinen
Dampfmaschine von Boulton & Watt, 1784. Robert Henry Thurston / Wikimedia Commons / Gemeinfrei
Im November 1774 gab Watt schließlich seinem alten Partner Roebuck bekannt, dass seine Dampfmaschine die Feldversuche erfolgreich absolviert hatte. Beim Schreiben an Roebuck schrieb Watt nicht mit seiner üblichen Begeisterung und Extravaganz; Stattdessen schrieb er einfach: 'Das von mir erfundene Feuerwehrauto läuft jetzt und reagiert viel besser als jedes andere, das bisher hergestellt wurde, und ich erwarte, dass die Erfindung für mich sehr nützlich sein wird.'
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 konnten. Dampfmaschinen wurden für den Transport zu Land und zu Wasser eingesetzt. Nahezu jede erfolgreiche und wichtige Erfindung, die viele Jahre lang die Geschichte der Dampfkraft geprägt hat, stammt aus den Werkstätten von Boulton und Watt.
Ruhestand und Tod
Watts Arbeit mit Boulton verwandelte ihn in eine Persönlichkeit von internationalem Beifall. 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 Ingenieurskunst.
Die Werkstatt des schottischen Dampfingenieurs und Erfinders James Watt (1736 - 1819) in Heathfield, wo er von 1790 bis zu seinem Tod lebte. Hulton-Archiv / Getty Images
Watt baute in Handsworth, Staffordshire, ein elegantes Herrenhaus namens 'Heathfield Hall'. Er ging 1800 in den Ruhestand und verbrachte den Rest seines Lebens in der Freizeit und auf Reisen, um Freunde und Familie zu besuchen.
James Watt starb am 25. August 1819 in Heathfield Hall im Alter von 83 Jahren. Er wurde am 2. September 1819 auf dem Friedhof der St. Mary's Church in Handsworth beigesetzt. Sein Grab befindet sich jetzt in der erweiterten Kirche.
Erbe
1878: Eine tragbare Dampfmaschine von James Watt. Hulton-Archiv / Getty Images
Auf sehr bedeutsame Weise trieben Watts Erfindungen die industrielle Revolution und Innovationen der Moderne voran, die von Autos, Zügen und Dampfschiffen bis hin zu Fabriken reichten, ganz zu schweigen von den sozialen Problemen, die sich daraus ergaben. Heute ist Watts Name mit Straßen, Museen und Schulen verbunden. Seine Geschichte hat Bücher, Filme und Kunstwerke inspiriert, darunter Statuen in den Piccadilly Gardens und der St. Paul's Cathedral.
Auf der Statue in St. Paul's sind die Worte eingraviert: „James Watt … erweiterte die Ressourcen seines Landes, erhöhte die Macht der Menschen und stieg zu einem herausragenden Platz unter den berühmtesten Anhängern der Wissenschaft und den wahren Wohltätern der Welt auf. '
Quellen und weiterführende Referenzen
aktualisiert vonRobert Longley