Джеймс уатт паровой двигатель: Универсальная паровая машина

Содержание

Джеймс Уатт — фото, биография, личная жизнь, новости, инженер, изобретатель, паровая машина

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 ImagesДжеймс 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 ImagesПаровая 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.

Embed from Getty ImagesКопировальная машина — изобретение Джеймса Уатта

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.

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.

Интересные факты

После создания паровой машины Джеймс Уатт стал для стран мира, включившихся в промышленную революцию, самой желанной персоной. Его приглашали работать в крупнейшие НИИ, завлекая деньгами и престижем. Так, Российская академия наук сулила ученому £ 1 тыс. за занятие, «сообразное со вкусом и с познаниями». Правда, чтобы заработать эту сумму, нужно было переехать в Россию. Джеймс Уатт от предложения отказался.
Паровая машина создала такой фурор, что промышленный рынок наводнился подделками. Собранные неопытными алчущими механиками, они в большинстве своем представляли опасность для пользователей. От этого страдал имидж Джеймса Уатта. Вместе с Мэттью Болтоном он выиграл сотни судебных разбирательств.
Чайник все же помог Джеймсу Уатту совершить вклад в науку. Стремясь постичь термодинамику, ученый провел тысячи лабораторных экспериментов, используя этот предмет кухонной утвари в качестве котла для выработки пара.
Память Джеймса Уатта увековечена в десятках документальных фильмов, в памятниках (львиная доля из них — в родной Шотландии), в названии улиц и вузов.

Задал пару. Человек, который начал промышленную революцию | Наука | Общество

05. 01.2019 00:03

Дмитрий Писаренко

Примерное время чтения: 8 минут

4211

Портрет Джеймса Уатта кисти Карла Фредерика фон Бреды. Public Domain

Ровно 250 лет назад в истории человечества началась новая эпоха. Она была связана с использованием энергии пара и дала старт промышленной революции. 5 января 1769 года изобретатель Джеймс Уатт получил патент на паровую машину.

От циркулей до паровой машины

«Ничего не может быть позорнее для человека, чем браться не за своё дело», — говорил шотландский инженер Джеймс Уатт. Этому правилу он старался следовать всю жизнь.

Потеряв в восемнадцатилетнем возрасте мать, Джеймс отправился в Лондон: дела отца пошатнулись, и ему пришлось заботиться о себе самостоятельно. Парень хотел освоить ремесло, связанное с изготовлением измерительных приборов. И на протяжении года этим и занимался. Начал с циркулей и линеек, потом взялся за квадранты и теодолиты (что это такое, ведомо лишь картографам и геодезистам). Жил впроголодь и почти не выходил на улицу.

Вернувшись в Шотландию, молодой инженер открыл собственное дело в Глазго: мастерил и чинил инструменты. Зимой 1763 года к нему обратился профессор физики местного университета Джон Андерсон. Он просил отремонтировать действующий макет паровой машины Ньюкомена. Да-да, паровая машина на тот момент уже существовала. Изобретённая кузнецом и механиком Томасом Ньюкоменом, она на протяжении 50 лет применялась в основном для откачки воды из угольных шахт. У конструкции был ряд недостатков: большие габариты, необходимость постоянно пополнять запасы угля, низкий КПД. Очевидно, что машину надо было усовершенствовать, но никто даже не пытался сделать это. Вопрос состоял лишь в том, кто задумается об этом первым. Этим человеком и стал Джеймс Уатт.

Машина Ньюкомена (слева) и машина Ньюкомена с конденсатором Уатта (справа). Фото: Public Domain

Куда ж без спонсора?

Уатт провёл с макетом паровой машины Ньюкомена ряд экспериментов и внёс в конструкцию изменения. Но ему этого было мало. Он уже мечтал создать совершенную паровую машину. Вот как он вспоминал об этом в более поздней переписке:

«Нужно доказать, что именно я являюсь изобретателем и что изобретение моё предназначено для сбережения потребления пара и топлива, по патенту 1769 года, и что описание достаточно подробное, чтобы механик, знакомый с устройством машины Ньюкомена, смог создать нечто подобное.

Я не изобретал сие устройство постепенно, оно открылось мне, я полагаю, целиком в те несколько часов 1765 года. Первым шагом стало понимание того, что 1) пар является эластичным телом; 2) воду можно выталкивать через длинную трубку, а воздух — поршнем; 3) поршень также выталкивает воду; 4) для плотности можно использовать вместо воды смазку; 5) пар (а не воздух) должен давить на поршень; 6) тогда цилиндр будет нагреваться».

Мастерская Джеймса Уатта. Фото: Commons.wikimedia.org/ Frankie Roberto

Джеймс Уатт предположил, что машина будет работать эффективнее, если её цилиндр будет постоянно оставаться в нагретом состоянии. Он рассчитал, что почти три четверти её энергии тратится именно на нагрев цилиндра, в который перед началом цикла поступала холодная вода. Изобретатель снабдил устройство изолированной камерой для конденсации. Но сразу создать действующий прототип паровой машины ему не удалось: нужны были средства.

Компаньоном и спонсором инженера стал Мэттью Болтон: английский промышленник, владелец литейного завода. С его помощью Уатт усовершенствовал механизм, сделав его работу более стабильной. При этом он увеличил мощность примерно в пять раз, что дало экономию по углю в 75%. Ещё более важная вещь: после проведённой модернизации машины Ньюкомена стало возможным преобразование поступательного движения поршня во вращательное. То есть двигатель мог крутить, к примеру, колесо мельницы или фабричного станка.

Портрет Мэттью Болтона кисти Карла Фредерика фон Бреды. Фото: Public Domain

Гений не только в технике

В январе 1769 года Джеймс Уатт получил патент на своё изобретение. По факту он не изобретал паровую машину, а лишь модернизировал то, что придумали до него. Но внедрённых им технических нюансов хватило для того, чтобы устройство стало эффективным для использования энергии пара в промышленности. Это дало толчок индустриальной революции и навсегда вписало имя Джеймса Уатта в историю.

Патент Джеймса Уатта 1769 года. Фото: Public Domain

Сам Уатт не до конца понимал, насколько значимо его изобретение. Стоит напомнить, в чём суть индустриальной (или промышленной) революции. На протяжении веков человечество использовало только то, что могло создать своими руками. С XVI века в ход пошла продукция мануфактур: предприятий, где используется ручной труд. Но, чтобы нарастить объёмы, был необходим рывок: механизация и массовые формы производства. А для этого были нужны машины нового поколения. Учёные и инженеры того времени смогли придумать много полезных устройств, которые пригодились промышленникам. Но ни одно из них по своему значению и влиянию на развитие цивилизации не может сравниться с паровой машиной Уатта. Это была действительно революция.

Впоследствии Джеймс Уатт в компании с Мэттью Болтоном создал целый ряд приспособлений, преобразующих возвратно-поступательное движение во вращательное с помощью энергии пара. Когда паровые двигатели установили на самодвижущиеся машины, они побежали по дорогам и по рельсам, поплыли по воде. Так появились паровозы, пароходы, паровые автомобили и даже тракторы.

Правда, попытки освоить воздушное пространство с помощью парового двигателя были безуспешными. Зато оказались вполне продуктивны в сфере научной фантастики: в многочисленных произведениях жанра стимпанк (англ. steampunk: steam — «пар» и punk — «панк») небеса бороздят дирижабли, самолёты и прочие летательные аппараты, использующие водяной пар.

Паровая машина Джеймса Уатта. Фото: Commons.wikimedia.org/ Nicolás Pérez

Вот уж о чём Джеймс Уатт вряд ли думал, так это о том, что созданные им машины спустя два века породят целую субкультуру, у которой будет масса поклонников. Выходит, он оказался влиятельным гением не только в технике, но и в искусстве.

всемирная историявеликие ученые

Следующий материал

Также вам может быть интересно

«Главный телеученый» СССР. Очевидная и невероятная жизнь Сергея Капицы
Воздух вместо нефти. Изобретения Теслы, которые мы потеряли
Бюрократия против учёных. Что мешает России стать научной сверхдержавой

Новости СМИ2

Британника

Развлечения и поп-культура
География и путешествия
Здоровье и медицина
Образ жизни и социальные вопросы
Литература
Философия и религия
Политика, право и правительство
Наука
Спорт и отдых
Технология
Изобразительное искусство
Всемирная история

Этот день в истории
Викторины
Подкасты
Словарь
Биографии
Резюме
Популярные вопросы
Обзор недели
Инфографика
Демистификация
Списки
#WTFact
Товарищи
Галереи изображений
Прожектор
Форум
Один хороший факт

Развлечения и поп-культура
География и путешествия
Здоровье и медицина
Образ жизни и социальные вопросы
Литература
Философия и религия
Политика, право и правительство
Наука
Спорт и отдых
Технология
Изобразительное искусство
Всемирная история

Britannica Classics
Посмотрите эти ретро-видео из архивов Encyclopedia Britannica.
Demystified Videos
В Demystified у Britannica есть все ответы на ваши животрепещущие вопросы.
#WTFact Видео
В #WTFact Britannica делится некоторыми из самых странных фактов, которые мы можем найти.
На этот раз в истории
В этих видеороликах узнайте, что произошло в этом месяце (или любом другом месяце!) в истории.
Britannica объясняет
В этих видеороликах Britannica объясняет различные темы и отвечает на часто задаваемые вопросы.

Студенческий портал
Britannica — это главный ресурс для учащихся по ключевым школьным предметам, таким как история, государственное управление, литература и т. д.
Портал COVID-19
Хотя этот глобальный кризис в области здравоохранения продолжает развиваться, может быть полезно обратиться к прошлым пандемиям, чтобы лучше понять, как реагировать сегодня.
100 женщин
Britannica празднует столетие Девятнадцатой поправки, выделяя суфражисток и политиков, творящих историю.
Britannica Beyond
Мы создали новое место, где вопросы находятся в центре обучения. Вперед, продолжать. Просить. Мы не будем возражать.
Спасение Земли
Британника представляет список дел Земли на 21 век. Узнайте об основных экологических проблемах, стоящих перед нашей планетой, и о том, что с ними можно сделать!
SpaceNext50
Britannica представляет SpaceNext50. От полёта на Луну до управления космосом — мы исследуем широкий спектр тем, которые подпитывают наше любопытство к космосу!

Страница не найдена

Приносим свои извинения! Этот контент недоступен. Посетите домашнюю страницу Britannica или воспользуйтесь полем поиска ниже.

Поиск в Британике

Иерусалим

5 тестов, которые скажут вам, стоило ли вам становиться ученым

Вот сколько ваша личная информация ценна для киберпреступников и что они с ней делают

Джеймс Ватт | Биография, изобретения, паровой двигатель, значение и факты

Джеймс Ватт

Смотреть все СМИ

Дата рождения:: 19 января 1736 г.
Гринок
Шотландия

Умер:: 25 августа 1819 г. (83 года)
Бирмингем
Англия

Изобретения:: отдельный конденсатор
двигатель двойного действия
солнечно-планетарная передача
паровая машина ватт

Роли:: Шотландское Просвещение

Просмотреть весь связанный контент →

Прочтите краткий обзор этой темы

Джеймс Уатт (родился 19 января 1736 года, Гринок, Ренфрушир, Шотландия — умер 25 августа 1819 года, Хитфилд-холл, недалеко от Бирмингема, Уорик, Англия), шотландский производитель инструментов и изобретатель, чей паровой двигатель внес существенный вклад в промышленную индустрию. Революция. Уатт также был известен тем, что запатентовал двигатель двойного действия и один из первых паровозов. Он был избран членом Лондонского королевского общества в 1785 году.0130

Образование и профессиональная подготовка

Отец Уатта, казначей и магистрат Гринока, вел успешный судостроительный и жилищный бизнес. Нежный ребенок, Ватт какое-то время учился дома у своей матери; позже, в гимназии, он выучил латынь, греческий язык и математику. Источником важной части его образования были мастерские его отца, где с помощью собственных инструментов, станка и кузницы он делал модели (например, подъемных кранов и шарманок) и знакомился с корабельными инструментами.

Решив в 17 лет стать изготовителем математических инструментов, Уатт сначала отправился в Глазго, где одна из родственниц его матери преподавала в университете, а затем, в 1755 году, в Лондон, где он нашел мастера для своего обучения. Хотя его здоровье ухудшилось в течение года, за это время он научился достаточно, «чтобы работать не хуже большинства подмастерьев». Вернувшись в Глазго, он в 1757 году открыл магазин в университете и производил математические инструменты (например, квадранты, компасы, весы). Он познакомился со многими учеными и подружился с британским химиком и физиком Джозефом Блэком, разработавшим концепцию скрытой теплоты. В 1764 году он женился на своей кузине Маргарет Миллер, которая перед смертью девять лет спустя родила ему шестерых детей.

Во время ремонта паровой машины модели Ньюкомена в 1764 году Уатт был впечатлен расходом пара. В мае 1765 года, после решения проблемы его улучшения, он неожиданно нашел решение — отдельный конденсатор, свое первое и величайшее изобретение. Уатт понял, что потеря скрытой теплоты (теплоты, связанной с изменением состояния вещества, например, твердого или жидкого) была худшим недостатком машины Ньюкомена и что, следовательно, конденсация должна происходить в камере, отличной от цилиндра, но подключен к нему. Вскоре после этого он встретил британского врача, химика и изобретателя Джона Робака, основателя Carron Works, который убедил его создать двигатель. Он вступил с ним в партнерство в 1768 году, после того как изготовил небольшой испытательный двигатель с помощью кредитов Джозефа Блэка. В следующем году Уатт получил знаменитый патент на «Новый изобретенный метод снижения расхода пара и топлива в пожарных машинах».

Тем временем Уатт в 1766 году стал землемером; в течение следующих восьми лет он был постоянно занят прокладкой маршрутов каналов в Шотландии, работа, которая помешала ему добиться дальнейшего прогресса с паровым двигателем. После того, как Робак обанкротился в 1772 году, английский промышленник и инженер Мэтью Бултон, производитель Soho Works в Бирмингеме, получил долю в патенте Уатта. Устав от геодезии и Шотландии, Ватт иммигрировал в Бирмингем в 1774 году.

После того, как патент Ватта был продлен актом парламента, он и Бултон в 1775 году начали сотрудничество, которое продлилось 25 лет. Финансовая поддержка Бултона сделала возможным быстрое развитие двигателя. В 1776 г. были установлены два двигателя — один для перекачивания воды на шахте в Стаффордшире, другой для нагнетания воздуха в топки британского промышленника Джона Уилкинсона, известного мастера по производству железа. В том же году Ватт снова женился; его вторая жена, Энн МакГрегор, родила ему еще двоих детей.

Оформите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту.
Подпишитесь сейчас

В течение следующих пяти лет, до 1781 года, Уатт подолгу жил в Корнуолле, где устанавливал и контролировал многочисленные насосные машины для медных и оловянных рудников, менеджеры которых хотели сократить расходы на топливо. Уатт, который не был бизнесменом, был вынужден вести активный торг, чтобы получить адекватные гонорары за новые двигатели. К 1780 году у него все было хорошо в финансовом отношении, хотя у Бултона все еще были проблемы с привлечением капитала. В следующем году Боултон, предвидя новый рынок для кукурузных, солодовых и хлопчатобумажных фабрик, призвал Уатта изобрести вращательное движение для паровой машины, чтобы заменить возвратно-поступательное действие оригинала. Он сделал это в 1781 году со своей так называемой солнечно-планетарной передачей, с помощью которой вал совершал два оборота за каждый цикл двигателя. В 1782 году, на пике своих изобретательских способностей, он запатентовал двигатель двойного действия, в котором поршень не только тянул, но и толкал.

Posted inДвигатель