Džejms Vat

Džejms Vat (engl. James Watt; Grinok, 19. januar 1736 — Hetfild, 25. avgust 1819), škotski pronalazač i inženjerčija poboljšanja Njukomenove parne mašine predstavljaju fundamentalne promene koje su dovele do prve industrijske revolucije kako u njegovom rodnom Ujedinjenom Kraljevstvu tako i u celom svetu.

Džejms Vat
Džejms Vat, portret iz 1792.
Puno ime	Džejms Vat
Datum rođenja	(1736-01-19)19. januar 1736.
Mesto rođenja	Grinok, Velika Britanija
Datum smrti	25. avgust 1819.(1819-08-25) (83 god.)
Mesto smrti	Hetfild, Ujedinjeno Kraljevstvo
Potpis

Radeći na izradi instrumenata na Univerzitetu u Glazgovu, Vat se zainteresovao za tehnologiju parnih mašina. Shvatio je da su postojeće parne mašine konstruisane na takav način da izgube mnogo energije, naglim hlađenjem ali i ponovnim grejanjem cilindra. Vat je uveo nova značajna konstruktivna rešenja, izradom odvojenog kondenzatora za paru koji smanjuje rasipanje energije, poboljšava snagu, efikasnost u radu i isplativost parnih mašina. Potom je mehanički prilagodio svoju parnu mašinu da vrši rotaciono kretanje čime je proširio njenu upotrebu, ne samo za pumpanje vode kako je do tada bila namenjena. Vat je time je postavio temelj za njeno dalje unapređenje i korišćenje za pogon prvih fabričkih parnih mašina, parnih lokomotiva, parobroda i poljoprivrednih parnih mašina. Godine 1769, patentirao je svoju parnu mašinu, a potom je pokušao da komercijalizuje svoj pronalazak, ušavši u poslovnu saradnju sa Metjuom Boltonom 1775. godine.Novo preduzeće Bolton i Vat je bilo veoma uspešna firma koja mu je na kraju donela i pravo malo bogatstvo. U penziji, Vat je nastavio da razvija nove izume, ali nijedan nije bio značajan kao njegov rad na parnoj mašini. Umro je u svojoj 83. godini. Džejms Vat se danas smatra za jednu od najuticajnijih ličnosti u istoriji čovečanstva.

On je razvio i uveo koncept konjskih snaga, a međunarodna SI jedinica za snagu, Vat, je nazvana po njemu.

Biografija

Džejms Vat je rođen 19. januara 1736. u lučkom mestu Grinok. Otac mu je bio lokalni brodograditelj, brodovlasnik i trgovac, a majka, Agnes Murhed, dobro obrazovana, potekla je iz znamenite porodice. Roditelji su mu bili religiozni prezviterijanski hrišćani. Vatov deda, Tomas Vat, bio je nastavnik matematike. Uprkos veoma religioznom odgoju roditelja, on je kasnije postao deista.

Vat je osnovno obrazovanje stekao kod kuće u krugu porodice, a kasnije je pohađao gimnaziju u Grinoku. Tokom školovanja pokazao je dar za matematiku ali i za ručnu izradu mehaničkih naprava, dok ga strani jezici poput latinskog i grčkog nisu mnogo interesovali.

Kada je imao osamnaest godina majka mu je umrla, a ocu se ozbiljno narušilo zdravlje nakon čega je njegov posao počeo da propada. Vat je zbog toga bio poslat u London, 1754. godine da nauči zanat izrade mernih instrumenata. Nakon godinu dana i sa izučenim zanatom vraća se u Glazgov sa namerom da otvori radionicu za izradu instrumenata. Vat se osposobio za izradu malih stvari od mesinga, oktanta - astronomsko-navigacionog instrumenta, paralelnih lenjira koji služe za navigaciju crtanjem na pomorskoj karti, delova teleskopa, barometara i sl. Međutim, Glazgovsko udruženje zanatlija mu je zabranilo rad, jer nije radio sedam godina kao šegrt čime nije ispunjavao odredbe iz zakona za takav posao, mada u celom Glazgovu i široj okolini nije bilo majstora iz te struke gde je mogao da izuči zanat.

U tom ključnom trenutku Vat dobija poziv od Univerziteta u Glazgovu da dođe i izvrši određene popravke na tek pristiglim astronomskim instrumentima. Nakon uspešno obavljenog posla profesori su mu ponudili da otvori radionicu u sklopu Univerziteta, koja bi pored ostalog nadzirala i popravljala i nove instrumente namenjene za astronomsku opservatoriju. Za otvaranje radionice Vat je dobio podršku trojice profesora od kojih je prvi bio, Džon Robinson (1739–1805), fizičar, istraživač i enciklopedista, drugi hemičar Džozef Blek (1728 –1799), koji se proslavio otkrićem ugljen-dioksida, latentne i specifične toplote a treći je bio Adam Smit (1723 – 1790), filozof i ključna ličnost škotskog prosvetiteljstva. Ova poslednja dvojica će kasnije postati i Vatovi dobri prijatelji.

U početku, Vat je radio na održavanju i popravci naučnih instrumenata koji se koriste na univerzitetu, asistirao je i tokom njihove demonstracije, a proizvodnju je proširio i izradom brojnih oktanta. Godine 1759, dobio je poziv za poslovnu saradnju od strane arhitekte i lokalnog preduzimača Džona Krejga da započnu serijsku proizvodnju, koja bi uključivala izradu muzičkih instrumenata i igračaka. Ovo partnerstvo je trajalo narednih šest godina, a zaposlili su čak šesnaest radnika. Vatov partner, Krejg je umro 1765. godine, a jedan od zaposlenih, Aleks Gardner, na kraju je preuzeo i nastavio posao. Ove preduzeće je postojalo sve do sredine 20. veka.

Godine 1764. Vat se oženio s Margaret Miler. Imali su petoro dece, od kojih je troje rano umrlo. Margaret je umrla na porođaju 1772. Posle pet godina Vat se ponovo oženio, ovog puta Anom Makgregor, kćeri majstora i proizvođača boja u Glazgovu. S Anom je imao dvoje dece.

Rani ogledi sa parom

Izgled prvog Vatovog kondenzatora za paru.

Ostaci Vatove radionice u kojoj je izradio znatno poboljšanu parnu mašinu. Za ovo mesto se tvrdi da je rodno mesto britanske i svetske industrije, a i radničke klase.

Vatova "atmosferska" parna mašina za pumpanje vode iz 1777. izrađena od Bolton & Vat, u Muzeju nauke u Londonu.

Još 1759. godine, Vatov prijatelj Džon Robinson mu je skrenuo pažnju na korišćenje vodene pare kao glavnog izvora za dobijanje snage za vršenje određenog mehaničkog rada. Konstruktivni dizajn Njukomenove parne mašine je do tada bio u upotrebi skoro 50 godina, koristio se za pumpanje vode iz rudnika i gotovo da nije bilo i jednog pomaka u njenom poboljšanju od njenog prvog nastanka. Vat je tada počeo da vrši oglede sa parom, iako nikada pre toga nije video uživo operativan rad Njukomenove parne mašine. Godine 1763, od Vata je zatraženo da popravi umanjen model Njukomenove parne mašine koji je pripadao Univerzitetu i služio za nastavu. Čak i nakon Vatove popravke ova mašina jedva da je radila kako treba. Ugalj u ložionici je zagrevao vodu u kotlu iz koje se putem cevi, otvaranjem ventila, sprovodila para ka otvoru na dnu cilindra u čijoj unutrašnjosti je smešten klip kojeg potom pritisak pare gura ka gore do samog vrha cilindra, tada iz izdvojenog rezervoara putem slobodnog pada kroz dovodnu cev, otvaranjem ventila i zatvaranjem ventila za paru, ulazi hladan mlaz vode u drugi otvor na dnu cilindra, koji rashlađuje unutrašnjost cilindra slabeći toplotni pritisak pare. Istog trena hladniji vazdušni pritisak izvan cilindra nadjačava i gura klip ka dole prema dnu cilindra čime okončava radni ciklus klipa. Međutim, tokom svakog narednog ciklusa pomeranje klipa ka gore je sve slabije jer je cilindar sve hladniji zbog neprestanog naizmeničnog dotoka hladne vode, a para koja ulazi u cilindar kondenzuje se ranije nakon čega vakuum preovladava sa gornje strane, zaustavljajući bilo kakav rad klipa. Da bi se ponovio radni ciklus klipa mora se ponovo postići radna temperatura dodatnim zagrevanjem, korišćenjem uglja čime se troši dodatna energija, međutim i nakon toga ponavlja se isti efekat. Vat je nastavio svoje oglede, uporedo čitajući i učeći sve što je mogao o toj temi. Vat je došao do zaključka da za razumevanje rada mašine veliki značaj ima latentna toplota koju je, a ne znajući za to, otkrio njegov prijatelj, Džozef Blek, nekoliko godina ranije.

Nakon puno ogleda, Vat je shvatio da je problem u samom cilindru i njegovoj kondenzaciji i da se oko tri četvrtine toplote pare trošilo i gubilo na zagrevanje cilindra, odnosno, ponovnim zagrevanjem cilindra mašine tokom svakog ciklusa. Vat je rešio ovaj slučaj maja 1765. godine, tako što je uklonio rezervoar za vodu i umesto njega izradio i postavio odvojenu komoru cilindarskog oblika koju je postavio na nižem nivou od glavnog cilindra sa klipom. U ovom slučaju para koja je ulazila iz otvora na dnu cilindra, otvaranjem ventila, gurala je klip sve do vrha, da bi potom počela da izlazi kroz drugi otvor na dnu cilindra, otvaranjem ventila i zatvaranjem dovodnog ventila za paru, i bila sprovedena putem cevi do posebne komore gde se kondenzovala, odnosno hladila i na taj način održavala temperaturu glavnog cilindra sa klipom na istom nivou. Iako je pronašao rešenje za ovaj problem izradom kondenzatora za paru, Vat je uočio još jedan problem, odnosno usmerio se na rešavanje problema da klip u cilindru pokreće para u oba pravca.

Uprkos rešenom problemu, Vat je imao finansijske teškoće da završi izradu cele parne mašine. Znatan kapital mu je pružio Džon Rojbuk, vlasnik metalske radionice Karon, sa kojim je ušao u poslovnu saradnju. Vat je nastavio da radi na usavršavanju parne mašine, u letnjikovcu u blizini kuće samog Rojbuka. Danas su još vidljivi ostaci Vatove letnjikovac-radionice.

Glavna poteškoća koja mu se tada bila nametnula bila je u obradi klipa i cilindra. Metalski radnici u to doba bili su više kovači nego savremeni mašinbravari, a i nisu bili u stanju da proizvode delove sa dovoljno preciznosti. Mnogo novca je utrošeno, a rezultata nije bilo. U međuvremenu, Rojbuk je bankrotirao, a Metju Bolton, vlasnik Soho livnice pored Birmingema postao je vlasnik patentnih prava. Radeći sada sa Boltonom, Vat je dobio mogućnost da delove za njegovu mašinu rade najbolji metalski radnici toga doba u svetu. Poteškoće u izradi velikog cilindra i klipa rešio je Džon Vilkinson, koji je prethodno razradio precizne tehnike tokom proizvodnje topova. Nakon toga Vat i Bolton su započeli poslovnu saradnju koja će uspešno trajati narednih 25 godina.

Prve mašine

Crtež dvopotisne parne mašine Boulton & Vat, Engleska, 1784. (Radni nastavni model Vatove parne mašine)

Animacija "Sunce & planeta" zupčanika. Ako osovina vrši ovo kretanje u horizontalnom položaju dobija se mehanizam za pokretanje točkova na lokomotivi. (Rad originalne Boulton & Vat parne mašine iz 1785. koja se danas čuva i održava u Sidneju)

Godine 1776, prve parne mašine su bile napravljene i stavljene u pogon u komercijalnim preduzećima. Te prve mašine su korišćene za pumpanje vode i proizvodile su samo recipročno kretanje da pokreću šipku pumpe sa dna okna. Konstruktivno rešenje je bilo uspešno na tržištu, a u narednih pet godina, Vat je bio veoma zauzet ugradnjom mašina, uglavnom u rudarskoj oblasti Kornvola, za ispumpavanje vode iz rudnika. Te prve mašine nisu proizveli od Bolton i Vat, već drugi, prema Vatovim planovima i crtežima, koji je imao ulogu savetodavca tokom izrade i njihove ugradnje.

Izgradnju mašina i njihovo testiranje je u početku nadzirao Vat, a kasnije su to preuzeli službenici iz firme. To su bile velike mašine, prva je primera radi imala cilindar prečnika od nekih 127 cm (50 in) i ukupne visine 7,31 m (24,0 ft), a bilo je potrebno da se za nju izgradi namenska građevina u kojoj bi bila smeštena.

Polje primene parne mašine je u velikoj meri prošireno kada je Bolton zatražio od Vata da pretvori recipročno kretanje klipa u proizvodnju rotacione snage za mlevenje, tkanje i glodanje. Iako je bilo očigledno da bi princip kurble bio najbolje rešenje za ovu izmenu, Vat i Bolton su bili odbijeni da patentiraju mašinu za tu namenu, jer je nosilac patentnog prava bio Džejms Pikard, koji je predložio da ukrste patente za odvojeni kondenzator pare. Vat se tome odlučno usprotivio, nakon čega su zaobišli Pikardov patent sa njihovim patentom "Sunce i planeta" zupčanika, 1781.

U narednih šest godina, Vat je izradio niz drugih unapređenja i dopuna na parnoj mašini. On je pronašao način da natera klip da gura paru u oba pravca. Umesto da upotrebi težinu vazduha da potisne klip nadole, on je udesio tako da sama para obavi i taj deo posla, a na taj način klip se kretao i dole i gore pomoću pare. To je bio dvopotisni cilindar. Za ove izume bila su mu odobrena još dva patenta 1781. i 1782. Takođe, imao je i brojna poboljšanja koja su se ticala lakše izrade i montaže parnih mašina. Jedan njegov izum, na koji je bio najponosniji, bio je paralelno kretanje što je od suštinskog značaja kod dvopotisnih parnih mašina. Ovoj mašini je bio potreban nov čvrst mehanizam povezivanja klipa sa gredom. Vat je rešio ovaj problema a izum je patentirao 1784. godine. Vat je rasporedio povezane poluge koje su dovele do toga da se poluga klipa kreće u uspravom položaju. Pored toga, Vat je primenio centrifugalni regulator koji je patentirao 1788. a i izumeo je i merač pritiska, patentiran 1790. godine. Sva ova poboljšanja uzeta zajedno dovode do toga da je Vat proizveo parnu mašinu koja je do pet puta efikasnija u korišćenju čvrstog goriva u odnosu na Njukomenovu parnu mašinu.

Kasnije godine

Spomenik Džejms Vatu.

Vatova kuća i imanje blizu Birmingema.

Vat je otišao u penziju 1800. godine, kada je njegov ugovor o poslovnoj saradnji sa Boltonom istekao. Čuveno partnestvo između očeva je preneto na njihovo sinove, Metjua Robinzona Boltona i Džejmsa Vata mlađeg. Vilijam Merdok, talentovani inženjer, koji je dugi niz godina radio u firmi je zbog svojih sposobnosti primljen u partnerski odnos, a tokom njihovog upravljanja firma je dalje napredovala.

Vat je i u penziji nastavio da radi na drugim izumima. Na svom imanju otvorio je malu radionicu. Tu je izumeo više vrsta mašina za kopiranje skulptura i medaljona, koje su radile veoma dobro, ali ih nikada nije patentirao. Jedna od prvih skulptura koje je proizveo bila je mala statua njegovog prijatelja, profesora Adama Smita. Vat i njegova druga supruga, Ana, tada su imali više vremena za odmor, koji su provodili u čestim putovanjima u Francuskoj i Nemačkoj.

Godine 1816, Vat je krenuo na putovanje "Kometom", parobrodom na lopatice, koji je baziran na njegovim pronalascima, do svog rodnog lučkog mesta Grinoka. Umro je 25. avgusta 1819, na svom imanju blizu Birmingema, u svojoj 83. godini. Sahranjen je 2. septembra iste godine.

Galerija

• 
  Unutrašnjost Vatove radionice, koja se danas čuva u Muzeju nauke u Londonu.

Literatura

• Carnegie, Andrew (1905). „3”. James Watt. New York: Doubleday, Page and Company. Arhivirano iz originala 22. 12. 2005. g. Pristupljeno 15. 6. 2017. 
• Thomas, Henry; Thomas, Dana Lee (1954). Living adventures in science. Ayer Publishing. str. 25. 
• Dickinson, Henry Winram; Jenkins, Rhys; Committee of the Watt Centenary Commemoration (1927). James Watt and the steam engine: the memorial volume prepared for the Committee of the Watt centenary commemoration at Birmingham 1919. Clarendon press. str. 78. „It is difficult to say anything as to Watt's religious belief, further than that he was a Deist.” 
• Muirhead, James Patrick (1859). The life of James Watt: with selections from his correspondence (2 izd.). John Murray. str. 4,7. 
• Carnegie, Andrew (septembar 2001). James Watt. The Minerva Group, Inc. str. 215. ISBN 9780898755787. CS1 održavanje: Format datuma (veza)
• Klooster, John W. (2009). Icons of invention: the makers of the modern world from Gutenberg to Gates. Icons of invention. 1. ABC-CLIO. str. 30. ISBN 978-0-313-34743-6. 
• Thurston, Robert Henry (1878). A history of the growth of the steam-engine. The International Scientific Series. New York: D. Appleton and Company. str. 80. 
• "Some Unpublished Letters of James Watt" in Journal of Institution of Mechanical Engineers (London, 1915).
• Carnegie, Andrew, James Watt University Press of the Pacific. (Reprinted from the 1913 ed.). 2001. ISBN 978-0-89875-578-7..
• Dickinson, H. W. (1935). James Watt: Craftsman and Engineer. Cambridge University Press. 
• Dickinson, H. W. and Hugh Pembroke Vowles James Watt and the Industrial Revolution (published in 1943, new edition 1948 and reprinted in 1949. Also published in Spanish and Portuguese (1944) by the British Council)
• Hills, Rev. Dr. Richard L., James Watt, Vol 1, His time in Scotland, 1736–1774 Vol 2, The years of toil, 1775–1785; Vol 3 Triumph through adversity 1785–1819.. . Landmark Publishing Ltd. 2002. ISBN 978-1-84306-045-1. .
• Hulse David K. (1999). The early development of the steam engine. Leamington Spa, UK: TEE Publishing. стр. 127—152. ISBN 978-1-85761-107-6. 
• Hulse David K. (2001). The development of rotary motion by steam power. Leamington, UK: TEE Publishing Ltd. ISBN 978-1-85761-119-9. 
• Marsden, Ben. Watt's Perfect Engine Columbia University Press (New York). 2002. ISBN 978-0-231-13172-8..
• Marshall, Thomas H. (1925), James Watt, Chapter 3: Mathematical Instrument Maker, from Steam Engine Library of University of Rochester Department of History.
• Marshall, Thomas H. (1925) James Watt, University of Rochester Department of History.
• Muirhead, James Patrick (1854). Origin and Progress of the Mechanical Inventions of James Watt. London: John Murray. 
• Muirhead, James Patrick (1858). The Life of James Watt. London: John Murray. 
• Roll, Erich (1930). An Early Experiment in Industrial Organisation : being a History of the Firm of Boulton & Watt. 1775–1805. Longmans, Green and Co. 
• Smiles, Samuel, Lives of the Engineers, (London, 1861–62, new edition, five volumes, 1905).
• Schofield, Robert E. (1963). The Lunar Society, A Social History of Provincial Science and Industry in Eighteenth Century England. Clarendon Press. 
• Uglow, Jenny (2002). The Lunar Men. London: Farrar, Straus and Giroux. ISBN 9780374194406. 

Spoljašnje veze

• James Watt by Andrew Carnegie (1905)
• James Watt by Thomas H. Marshall (1925)
• Archives of Soho Архивирано на сајту Wayback Machine (31. октобар 2011) at Birmingham Central Library.
• BBC History: James Watt
• Scottish Engineering Hall of Fame – James Watt
• Revolutionary Players website
• Cornwall Record Office Boulton and Watt letters
• Significant Scots – James Watt
• „Chapter 8: The Record of the Steam Engine”. www.history.rochester.edu. Arhivirano iz originala 8. 7. 2009. g. Pristupljeno 6. 7. 2009.