Отец паровой машины конспект кратко
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.
Паровая 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
Джеймс Уатт краткая биография
Джеймс Уатт был отцом промышленной революции, изобретателем, инженером и ученым. Он внес решающую роль в преобразовании сельского хозяйства к технологическому.
Краткое руководство по изобретениям и открытиям Джеймса Уатта:
• радикально улучшил паровой двигатель, начав тем самым промышленную революцию.
• продолжил создавать новые изобретения, что в конечном итоге привело к тому, что двигатель потреблял на 80% меньше топлива, чем более ранние модели двигателей.
• изобрел паровые двигатели высокого давления, способные еще более эффективно работать, но в то время их нельзя было безопасно эксплуатировать.
• ввел единицу измерения «лошадиная сила».
• был первым, кто предположил, что вода состоит из водорода в сочетании с кислородом.
• открыл научную концепцию скрытого тепла.
• изобрел первый в мире копировальный аппарат.
Детство
Джеймс Уатт родился в 1736 году в городе Гринок в Великобритании. Он был родом из успешной семьи. Его дедушка преподавал математику, а отец был плотником, который строил корабли. Мама была хорошо образована. Она учила Джеймса вместе с отцом чтению, письму и арифметике.
Благодаря этому, Джеймс преуспел в математике и естественных науках в средней школе, но его языковые навыки были менее впечатляющими. У него были проблемы со здоровьем, и большая часть его обучения проходила дома, где он отдыхал, наблюдая, как рыбацкие лодки возвращаются в порт и большие парусные суда, прибывающие с табаком из Америки. Однажды, благодаря его изобретательному уму, такие корабли будут приводиться в движение двигателями, а не парусами.
В восемнадцать лет, после смерти его матери, Джеймс отказался от своих планов поступить в университет. Вместо этого он обучался в Лондоне как научный приборостроитель, специализирующийся на математических и морских инструментах. В течение двух месяцев его навыки были выше, чем у других учеников, которые тренировались уже два года. После года работе в Лондоне, он нашел вакансию в Университете Глазго, где он ремонтировал приборы для астрономического факультета.
Университет Глазго
Профессора университета вскоре поняли, что молодой человек в мастерской был удивительно умным. Они начали звать его к себе, чтобы обсудить их работу и помочь организовать семинар в университете. И уже тогда, он начал изучать немецкий и итальянский язык, чтобы читать больше научной литературы.
Ватт подружился с Адамом Смитом, который основал академическую дисциплину экономики и написал «Богатство народов». Он также подружился с химиком Джозефом Блэком, который открыл магний и независимо от Уатта, изобрел концепцию скрытого тепла.
В 1759 году, через четыре года после его прибытия в Глазго, 23-летний Джеймс Уатт заинтересовался паровыми двигателями.
Это произошло, когда профессор Джон Робинсон, обсудил с ним возможность создания паровой машины. Хотя их идеи об автомобиле были непрактичными, семя было посеяно в плодородном уме Уатта.
Профессор Робинсон тоже не стоял на месте. Он был первым, кто опубликовал закон обратных квадратов для электрических сил, и изобрел сирену.
В 1763 году, в возрасте 27 лет, Уатту удалось ознакомиться с работающим паровым двигателем Newcomen. И он был удивлен, как он мало работал.
А ведь двигатели Newcomen использовались в Великобритании уже в течение 50 лет, и никто не нашел способа их улучшить. Они работали по принципу, что поршень в цилиндре приводился в движение в одном направлении струей пара, которая нагревала воздух в цилиндре, расширяя его. Вместо пара вводилась холодная вода, чтобы охладить воздух в цилиндре, создавая частичный вакуум, который тянул поршень назад в другом направлении, чтобы начать снова с впрыска горячего пара.
Уатт решил, что сможет сделать двигатель лучше. И потратил два года на размышления и эксперименты.
Благодаря научному пониманию поведения воды и принципу скрытой теплоты он понял, что проблема с паровым двигателем Newcomen заключается в следующем: тепло использовалось двигателем для генерации пара, но когда пар выполнил свою работу, цилиндр был охлажден водой. Нагрев и охлаждение одного и того же цилиндра для каждого хода поршня обходились очень дорого с точки зрения энергии, необходимой для этого.
Паровая машина Джеймса Уатта
Ватт переработал двигатель. Его идея состояла в том, что давление воздуха будет толкать поршень в частичный вакуум, образующийся при конденсации пара в жидкую воду. Пар превращался в воду в конденсаторе Уатта, который был окружен холодной водой.
Этому способствовал вакуумный насос, подключенный к конденсатору, который забирал горячую воду, образованную конденсирующимся паром, и возвращал ее, еще горячую, в котел, готовый к превращению в пар.
К концу 1765 года 29-летний Уатт построил свой первый небольшой паровой двигатель с отдельной камерой конденсации и паровой рубашкой. Начало промышленной революции приближалось, но еще не началось. В 1769 году, в возрасте 33 лет, Уатт запатентовал свой новый двигатель.
От малых двигателей до промышленной сверхдержавы
Уатту принадлежал один из самых важных патентов в истории человечества. Он продал его Джону Робаку, фабрика которого обанкротилась.
Мэтью Боултон из Бирмингема купил патентные права на паровой двигатель Ватта.
В 1775 году Уатт отпраздновал свое 39-летие и начал очень успешное 25-летнее сотрудничество с Боултоном. Партнерство представляло собой идеальное сочетание научной и инженерной изобретательности Уатта, а также производственных и коммерческих навыков Боултона.
Через одиннадцать лет после того, как Уатт построил свой первый небольшой паровой двигатель, его двигатели начали устанавливать для откачки воды из шахт. Ежегодная плата, которую владельцы шахты платили за машины, составляла треть стоимости экономии топлива.
Новости о новых сверхэффективных двигателях быстро распространились, и с появлением паровых двигателей Уатта началась промышленная революция.
Шли годы, двигатели Boulton & Watt находили все более широкое применение, и Соединенное Королевство было охвачено промышленной революцией. Боултон и Уатт начали экспортировать свои новые технологии по всему миру.
Джеймс Уатт в старости
В 1800 году в возрасте 64 лет очень богатый Уатт вышел на пенсию. Срок действия патента истек, он и Мэтью Боултон передали свое партнерство своим сыновьям, Джеймсу Уатту Джуниору и Мэтью Робинсону Боултону, которые успешно продолжили дело отцов.
Уатт продолжил исследовательскую работу в своей отставке. Он запатентовал копировальный аппарат, двигатель двойного действия, роторный двигатель и индикатор давления пара.
Роторный двигатель имел решающее значение, потому что он позволял двигателям приводить в движение колеса, а не простое движение вверх-вниз от более ранних двигателей.
Джеймс Уатт умер в 1819 году, в возрасте 83 лет.
Паровая машина Уатта
Справочно. Пароатмосферная машина Ньюкомена использовалась для откачки воды в шахтах и получила широкое распространение в XVIII веке. Главной проблемой двигателя была крайне низкая эффективность (КПД менее 1%). Поэтому машина по большей части использовалась в угольной промышленности, где уголь был доступен за значительно меньшую цену, чем в других регионах куда уголь надо было доставить на гужевом транспорте.
Машина Ньюкомена.
В 1782 году Уатт создал первую универсальную паровую машину двойного действия, крышку цилиндра он оснастил, изобретенным незадолго до того сальником, который обеспечивал свободное движение штока поршня, но предотвращал утечку пара из цилиндра. Пар поступал в цилиндр попеременно то с одной стороны поршня, то с другой. Поэтому поршень совершал и рабочий и обратный ход с помощью пара, чего не было в прежних машинах. Поскольку в паровой машине двойного действия шток поршня совершал тянущее и толкающее действие, прежнюю приводную систему из цепей и коромысла, которая реагировала только на тягу, пришлось переделать.
Уатт разработал систему связанных тяг и применил планетарный механизм для преобразования возвратно поступательного движения штока поршня во вращательное движение, использовал тяжелый маховик, центробежный регулятор скорости, дисковый клапан и манометр для измерения давления пара. Запатентованная Уаттом «ротативная паровая машина» сначала широко применялась для приведения в действие машин и станков прядильных и ткацких фабрик, а позже и других промышленных предприятий. Таким образом, паровая машина Уатта стала изобретением века, положившим начало промышленной революции. В 1785 году одна из первых машин Уатта была установлена в Лондоне на пивоваренном заводе Сэмюэла Уитбреда для размалывания солода. Машина выполняла работу вместо 24 лошадей. Диаметр ее цилиндра равнялся 63 см, рабочий ход поршня составлял 1,83 м, а диаметр маховика достигал 4,27 м. Машина сохранилась до наших дней, и сегодня ее можно увидеть в действии в сиднейском музее » Пауэрхауз».
Дж. Уатт с моделью своей паровой машины.
Паровая машина Дэни Папена.
Паровой двигатель Ньюкомена:
В 1740 году машина с цилиндром длиной 2,74 м и диаметром 76 см за один день выполняла работу, которую бригады из 25 человек и 10 лошадей, работая посменно, раньше выполняли за неделю. В 1775 году еще большая машина, построенная Джоном Смитоном (создателем Эддистоунского маяка), за две недели осушила сухой док в Кронштадте (Россия). Ранее с использованием высоких ветряков на это требовался целый год. И тем не менее, машина Ньюкомена была далека до совершенства. Она преобразовывала в механическую энергию всего лишь около 1 % тепловой энергии и, как следствие, пожирала огромное количество топлива, что, впрочем, не имело особого значения, когда машина работала на угольных шахтах. В целом машины Ньюкомена сыграли огромную роль в сохранении угольной промышленности: с их помощью удалось возобновить добычу угля во многих затопленных шахтах. Проект первой в мире паровой машины, способной непосредственно приводить в действие любые рабочие механизмы, предложил 25 апреля 1763 года русский изобретатель И. И. Ползунов, механик на Колывано-Воскресенских горнорудных заводах Алтая. Проект попал на стол к начальнику заводов, который одобрил его и отослал в Петербург, откуда вскоре пришел ответ: «. Сей его вымысл за новое изобретение почесть должно».
Паровая машина Ползунова, схема
Паровая машина Ползунова получила признание. Ползунов предлагал построить вначале небольшую машину, на которой можно было бы выявить и устранить все недостатки, неизбежные в новом изобретении. Заводское начальство с этим не согласилось и решило строить сразу огромную машину для мощной воздуходувки. Постройку машины поручили Ползунову, в помощь которому были выделены «не знающие, но только одну склонность к тому имеющие из здешних мастеровых двое» да еще несколько подсобных рабочих. С этим штатом Ползунов приступил к постройке своей машины. Строилась она год и девять месяцев. Когда машина уже прошла первое испытание, изобретатель заболел скоротечной чахоткой и за несколько дней до завершающих испытаний умер. 23 мая 1766 года ученики Ползунова Левзин и Черницын одни приступили к последним испытаниям паровой машины.
Демонстрация поезда, построенного Ричардом Тревитиком, на кольцевой узкоколейке, проложенной специально для этого в Лондоне неподалеку от Юстон-сквера, 1808 год.
Применение паровой машины
Первые паровые локомотивы были построены Ричардом Тревитиком в 1800-1801 годах и применялись на шахтах, где заменили вагонетки, которые, начиная с 1550 года, катали по деревянным рельсам лошади, женщины и дети. Самый известный паровой локомотив Тревитика в 1804 году возил железную руду на заводе Пен-и-Даррен в Южном Уэльсе. Он проходил маршрут протяженностью 14,5 км с максимальной скоростью 8 км/ч и доказал, что машина с гладкими колесами может вполне нормально передвигаться по столь же гладким металлическим рельсам. Локомотивы для работы на шахтах строили также Джон Бленкинсоп, Уильям Хедли и Джордж Стефенсон. Первая пассажирская железная дорога, соединившая Стоктон и Дарлингтон на севере Англии, была открыта 27 сентября 1825 года. Состав из 38 вагонов, среди которых были пассажирские и товарные, нагруженные углем, тянул новый локомотив, разработанный Джорджем Стефенсоном и названный им «Локомоушн».
Спустя четыре года изобретатель вместе со своим сыном Робертом построил локомотив «Ракета», который 15 сентября 1830 года привел первый «междугородный» поезд из Ливерпуля в Манчестер Успехи в использовании паровых машин на средствах водного и железнодорожного транспорта были вполне очевидны, и это заставляло изобретателей искать пути дальнейшего усовершенствования и применения паровых машин. Поэтому естественным было стремление изобретателей использовать их также для безрельсового транспорта, где все еще господствовала конная тяга. Самая ранняя самодвижущаяся паровая повозка была изобретена в 1769 году французским военным инженером Николя Кюньо. Она приводилась в движение паровой машиной и предназначалась для буксировки артиллерийских орудий, однако реально могла перевозить четырех человек со скоростью немногим более 3,2 км/ч. Чуть позже, в 1803 году, Ричард Тревитик продемонстрировал в Лондоне одну из своих первых паровых машин, но она не произвела большого эффекта на публику, и изобретатель занялся строительством локомотивов.
Телега Николя Кюньо.
Однако в 1820-1830 годах было построено некоторое количество паровых экипажей, которые выполняли ограниченные пассажирские перевозки в Лондоне, Париже и ряде других крупных городов. Но развитию нового вида транспорта мешали владельцы дилижансов, позже к ним присоединились и железно-дорожные компании, которые делали все возможное, чтобы оградить себя от конкуренции. Это было не так уж сложно, принимая во внимание то, что первые паровые экипажи были громоздкими, неудобными и шумными; они поминутно окутывались дымом и клубами горячего пара, и публика в целом относилась к ним с большим недоверием, считая их небезопасными для людей. Аналогичные работы велись и в России, с тем лишь отличием, что энтузиазм русских изобретателей наталкивался на непробиваемую стену холодного и безразличного равнодушия со стороны царских чиновников. Так, в 1830 году русский лафетный мастер К. Янкевич представил проект безрельсового парового «быстроката». В объяснении к проекту Янкевич, заглядывая далеко вперед, писал: «Введение и употребление сухопутного летнего и зимнего парового экипажа без сомнения принести может государству немаловажную пользу поспешнейшим доставлением всех сведений и необходимых потребностей во все места, а равно и сообщением со всеми городами«.
Однако прошло более тридцати лет прежде, чем мысль Янкевича была осуществлена на практике. На Урале, к северо-востоку от Нижнего Тагила, между Верхней и Нижней Салдой пролегает дорога, по которой более ста двадцати лет тому назад совершал регулярные рейсы паровой автомобиль, построенный русским изобретателем Аммосом Черепановым. Примерно в то же время созданы паровые колесные тракторы и начинается их производство в заводских условиях. В 1876-1877 годы Брянский завод выпустил первые два трактора. В 1903 году Коломенский завод построил тракторы, успешно применявшиеся на строительстве Амурской железной дороги. В Европе изобретатели стремились усовершенствовать паровую машину и сделать ее более компактной.