جنرال لواء

جيمس وات ، والد المحرك البخاري الحديث


كان جيمس وات مخترعًا اسكتلنديًا ومهندسًا ميكانيكيًا وكيميائيًا اشتهر بعمله في أول محرك بخاري حديث في العالم. قام بتعديل المحرك البخاري Newcomen لتحسين كفاءته من خلال تفكيره الإبداعي ومعرفته العلمية بتصميم الأدوات. سيثبت عمل جيمس في المحرك البخاري أنه يمثل مساهمة كبيرة في العالم وسيساعد ، إلى حد كبير ، على تعزيز الثورة الصناعية في الداخل في بريطانيا العظمى وفي بقية العالم.

سيبدأ جيمس في العمل في أدوات البناء في جامعة جلاسكو. وأثناء وجوده هناك سيصبح مهتمًا بالمحركات البخارية. سيدرك بسرعة أن المحركات البخارية الحالية تهدر الطاقة عن طريق تبريد وتسخين الأسطوانة بشكل متكرر. لحل هذه المشكلة ، أدخل تحسينًا بسيطًا ولكنه مهم على التصميم. مكثف منفصل. أدى ذلك إلى تجنب الحاجة إلى إهدار الطاقة وتحسين قوة المحركات البخارية وكفاءتها وفعاليتها من حيث التكلفة بشكل جذري.

قام جيمس وات بتحسين تصميم المحرك بشكل تدريجي على مر السنين. لقد أضاف الحركة الدورانية ووسع تطبيقات المحركات لاستخدامات تتجاوز مجرد ضخ المياه. سيحاول وات تسويق اختراعه ولكنه واجه العديد من النكسات المالية. كان ذلك حتى دخل في شراكة مع ماثيو بولتون في 1775. سيشكل الزوجان شركة جديدة ، بولتون ، ووات ، والتي ستصبح في النهاية ناجحة للغاية. سيصبح واط في النهاية رجلًا ثريًا جدًا.

خلال تقاعده ، استمر وات في العبث. طور العديد من الاختراعات الجديدة ولكن لم يكن أي منها بنفس أهمية المحرك البخاري. مات لاحقًا عن عمر يناهز 83 عامًا.

السنوات المبكرة

ولد جيمس وات في 19 يناير 1736 في غرينوك ، رينفروشاير ، اسكتلندا. كان والده أمين الصندوق وقاضي غرينوك. كما أدار سفينة ناجحة وأعمال بناء منزل.

جاءت والدته أغنيس مويرهيد من عائلة متميزة وكانت متعلمة جيدًا. كان كلا والديه من المشيخيين وكوفنترس الأقوياء. كان جد وات ، توماس وات ، في الواقع مدرسًا للرياضيات وداعيًا لبارون كارتسبورن. ومن المثير للاهتمام أنه نشأ على يد والدين متدينين ، فقد أصبح فيما بعد ربوبية.

كانت طفولة جيمس تعاني من آلام الأسنان والصداع النصفي. بسبب هذه الحالة الطبية ، لم يتمكن من الذهاب إلى المدرسة بانتظام. بسبب هذا ، كان جيمس يدرس في المنزل من قبل والديه في البداية. علمت والدته جيمس كيف يقرأ بينما علمه والده الحساب والكتابة. التحق لاحقًا بمدرسة لقواعد اللغة حيث تعلم اللاتينية واليونانية والرياضيات.

يُظهر جيمس وات مستوى رائعًا من البراعة اليدوية والمهارات الهندسية والاستعداد للرياضيات. مواضيع أخرى مثل اللاتينية واليونانية لم تكن تهمه كثيرًا.

كانت ورش عمل والده جزءًا مهمًا من تعليم جيمس. هنا عمل جيمس بأدواته الخاصة ، ومقعده ، وحتى آلة تشكيل. كان يقضي وقته في ورش العمل في صنع نماذج مثل الرافعات والأعضاء البرميلية. سرعان ما أصبح على دراية بأدوات السفينة أيضًا.

ساعده الوقت الذي أمضاه في ورش عمل والده في تحديد ما يريد فعله في حياته بسرعة ، على الأقل في البداية. خلال سنوات مراهقة جيمس ، فقد والده ميراثه بسبب الكوارث التجارية ووفاة والدته.

يختار جيمس مصيره

في السابعة عشرة من عمره ، قرر جيمس أن يصبح صانع أدوات رياضية. انتقل جيمس وات لأول مرة إلى غلاسكو حيث حاضر أحد أقارب والدته في الجامعة. سيلتقي جيمس أيضًا مع روبرت ديك أثناء وجوده في غلاسكو. شجع ديك Watt على إتقان مهارة صناعة الآلات من خلال الانتقال إلى لندن والعمل كمتدرب فيها. جيمس تصرف بناء على هذه النصيحة وفي 1755 انتقل إلى لندن بعد العثور على سيد راغب في تعليمه.

هذا المعلم الراغب كان جون مورغان. كان صانع آلات وافق على توليه ولكن بأجر ضئيل. سينتهي الأمر جيمس بالعمل لساعات طويلة بشكل مستمر في ورشة عمل باردة. وبسبب هذا ، تدهورت صحته.

تفوقت قدراته على المتدربين الآخرين لجون وكان قادرًا على إكمال فترة عمله في عام واحد ، والتي تمتد عادة إلى سبع سنوات. تعطلت صحة جيمس في غضون عام ، لكنه تعلم ما يكفي "للعمل مثل معظم العمال." بعد هذا الوقت عاد جيمس إلى غلاسكو مرة أخرى.

نظرًا لأن جيمس لم يكمل تدريبًا مهنيًا رسميًا لمدة سبع سنوات ، فقد منعت Glasgow Guild of Hammerman (المنظمة التي كانت تتمتع بسلطة قضائية على الحرفي باستخدام المطرقة) طلبه على الرغم من عدم وجود أي صانعي أدوات رياضية في اسكتلندا في ذلك الوقت.

ساعد في وضع وات وصول الأدوات الفلكية من جامايكا التي تم توريثها إلى جامعة جلاسكو. تتطلب هذه الأدوات اهتمام الخبراء. تمكن وات من إعادتها إلى نظام العمل وتمت إعادة تعدادها وفقًا لذلك. تم تثبيت هذه الأدوات في نهاية المطاف في مرصد ماكفارلين. بسبب عمله الممتاز على الآلات ، عرض عليه ثلاثة أساتذة فرصًا لإنشاء ورشة صغيرة داخل الجامعة.

انشاء المحل

بدأ هذا في 1757. هنا صنع وبيع أدوات رياضية مثل الأرباع والبوصلة والمقاييس. كما أنه سيساعد في المظاهرات. أثناء وجوده في الحرم الجامعي التقى جيمس بالعديد من العلماء وأصبح على وجه الخصوص صديقًا مقربًا للكيميائي والفيزيائي البريطاني جوزيف بلاك.

تابع جوزيف لاحقًا تطوير مفهوم الحرارة الكامنة. جيمس سيصادق أيضًا آدم سميث الشهير.

في 1758 تعرف جيمس على جون كريج ، وهو رجل أعمال محلي ومهندس معماري. شكل الاثنان شراكة سمحت لجيمس بفتح متجر آخر في غلاسكو لبيع الآلات الموسيقية وكذلك الألعاب. استمرت هذه الشراكة لمدة ست سنوات وظف الزوجان في النهاية ما يصل إلى ستة عشر عاملاً. مات كريج للأسف في 1765. تولى أحد موظفيهم ، أليكس جاردنر ، في النهاية إدارة الشركة التي استمرت بالفعل في القرن العشرين.

في 1764 تزوج من ابنة عمه مارجريت ميلر ، التي أنجبت له ستة أطفال قبل وفاتها بعد تسع سنوات من الولادة.

محرك جيمس

في 1764 وجد جيمس نفسه يقوم بإصلاح نموذج محرك بخاري Newcomen. أدرك واط بسرعة مدى عدم كفاءة التصميم ، فقد أهدر الكثير من البخار. قرر جيمس أن يتصارع مع التصميم لتحسين كفاءته. في 1765 توصل أخيرًا إلى حل.

تم استخدام محرك Newcomen منذ ما يقرب من 50 عامًا لضخ المياه من المناجم. بالكاد تغير تصميمه في ذلك الوقت.

كانت فكرة جيمس هي تزويد المحرك بمكثف منفصل. كان هذا ليكون اختراعه الأول والأعظم. لاحظ Watt أن مشكلة المحرك البخاري Newcomen تكمن في فقد الحرارة الكامنة. في هذا الوقت كان فهم المحرك البخاري في حالة بدائية للغاية. لن يتم إضفاء الطابع الرسمي على علم الديناميكا الحرارية لمدة 100 عام أخرى على الأقل.

تمكن جيمس من إصلاح النموذج لكنه لم ينجح. واصل تجربته ووجد أن حوالي ثلاثة أرباع الطاقة الحرارية للمحرك يتم استهلاكها في تسخين أسطوانة المحرك في كل دورة. تم إهدار هذه الطاقة لأنه في وقت لاحق من الدورة تم حقن الماء البارد في الأسطوانة لتكثيف البخار لتقليل ضغطه. وبالتالي ، من خلال تسخين الأسطوانة وتبريدها بشكل متكرر ، يهدر المحرك معظم طاقته الحرارية بدلاً من تحويلها إلى طاقة ميكانيكية.

كان فقدان الحرارة الكامنة هذا عيبًا كبيرًا في محرك Newcomen في رأي جيمس. سيكون لمحلول وات التكثيف في غرفة منفصلة عن الأسطوانة الرئيسية ولكنها متصلة بها.

يصطدم جيمس بفكرة

في 1765تأثر وات بالإلهام. لقد أدرك أنه يتسبب في تكثيف البخار في أسطوانة منفصلة بعيدًا عن المكبس. أدرك جيمس أيضًا أن المحرك سيحتاج إلى الحفاظ على درجة حرارة الأسطوانة عند نفس درجة حرارة البخار المحقون من خلال إحاطة المحرك بـ "سترة بخارية".

وهذا يعني أن الأسطوانة تمتص القليل جدًا من الطاقة في كل مرة يتم تدويرها. هذا من شأنه أن ينتج زيادة كبيرة في توافر الطاقة لأداء عمل مفيد.

التقى جيمس لاحقًا بالطبيب والكيميائي والمخترع البريطاني جون روبوك. كان جون مؤسس شركة Carron Works وهو الذي شجع جيمس على صنع محركه الخاص. دخل جيمس وات وجون في شراكة معًا بعد أن صنع محرك اختبار صغير. أصبح نموذجه الأولي ممكنًا من خلال بعض القروض من جوزيف بلاك.

عاش رويبوك في Kinneil House ، و Bo'ness في ذلك الوقت و Watt سيعمل على إتقان المحرك في كوخ صغير مجاور للمنزل. لا تزال قشرة البيوت وجزء كبير جدًا من إحدى تجاربه موجودة حتى اليوم.

توقف تقدم المحرك بسبب صعوبة تشغيل المكبس والأسطوانة لمحركه. كان عمال الحديد في ذلك الوقت أقرب إلى الحدادين من الميكانيكيين المعاصرين. لذلك لم يتمكنوا من إنتاج المكونات بدقة عالية كافية.

في العام التالي ، حصل وات على براءة اختراع شهيرة لـ "طريقة مبتكرة جديدة لتقليل استهلاك البخار والوقود في محركات الإطفاء." تم اتباع ذلك بتكلفة كبيرة لرأس المال.

حصل جيمس على وظيفة

أصبح جيمس وات مقيدًا بالمال. أجبره هذا على البحث عن عمل. في 1766 أصبح واط مساح أراضي. استُهلكت السنوات الثماني التالية من حياته في رسم طرق للقنوات في اسكتلندا. استهلك هذا العمل وقته بشدة وتعرض عمله في محركه البخاري الجديد لانتكاسة شديدة.

من المؤسف أن شريكه رويبوك سيُفلس 1772. استحوذ المهندس والمهندس الإنجليزي ماثيو بولتون ، الذي كان أيضًا مُصنِّعًا لشركة Soho Works في برمنغهام ، على أسهم Roebuck في براءة اختراع Watt. بعد ثماني سنوات من مسح الأراضي ، أصبح جيمس منهكًا في المهمة. جزئيًا بسبب شراكته الجديدة مع بولتون ، انتقل جيمس إلى برمنغهام في 1774.

ستوفر شراكته مع بولتون لجيمس إمكانية الوصول إلى بعض من أفضل عمال الحديد في العالم. ساعد هذا بشكل كبير في إنتاج أجزاء بدقة كافية لمحركه.

حقق محرك جيمس وات نجاحًا فوريًا

تم تمديد براءة اختراع جيمس وات من قبل البرلمان البريطاني في 1775. في نفس العام ، شكّل بولتون ووات شراكة رسمية أكثر استمرت لأكثر من 25 عامًا. سمح الدعم المالي الذي قدمه بولتون بالتقدم السريع لمحرك واط. سريع جدا ، في الواقع ، من خلال 1776 تم تركيب محركين ويعملان بشكل كامل.

تم تسليم محرك واحد وتركيبه لضخ المياه في منجم ستافوردشاير. تم استخدام الآخر لنفخ الهواء في الأفران في مصانع جون ويلكنسون. في 1776 سوف يتزوج جيمس مرة أخرى من زوجته الجديدة آن ماكجريجور. أنجبت منه طفلين آخرين.

على مدى السنوات الخمس المقبلة ، حتى 1781, أمضى جيمس وات فترات طويلة من الوقت في كورنوال. هنا قام بتركيب العديد من محركات الضخ والإشراف عليها لمناجم النحاس والقصدير المربحة في المنطقة. أصبح محرك جيمس مطلوبًا للغاية حيث كان مديرو المناجم يبحثون عن طرق لخفض التكاليف بما في ذلك تكاليف الوقود.

إنتاج الامتياز

لم يتم تصنيع محركات جيمس وات المبكرة بواسطة بولتون ووات مباشرة. وبدلاً من ذلك ، تم ترخيصهم ليتم إجراؤهم من قبل الآخرين باتباع الرسومات والخطط التي وضعها Watt. غالبًا ما تكون هناك حاجة إلى جيمس للعمل كمهندس استشاري لإنتاجها. تم في البداية الإشراف على تجميع المحرك والابتعاد عنه بواسطة وات شخصيًا. في وقت لاحق من قبل رجال آخرين في وظائف شركتهم.

كانت هذه الآلات المبكرة كبيرة جدًا. واحدة من الأولى ، على سبيل المثال ، كان لها أسطوانة بقطر 127 سم وارتفاع 7 أمتار. كان مطلوبًا أن يتم تجميعهم في مبنى مخصص لإيوائه. سيتقاضى بولتون ووات مبلغًا سنويًا مقابل الآلات. تم تعيين هذا على أنه 1/3 من قيمة الفحم الذي يتم توفيره عند مقارنته بمحرك Newcomen الحالي الذي يؤدي نفس العمل.

لم يكن وات رجل أعمال على الرغم من فطنته العلمية والهندسية. لقد اضطر إلى تحمل مساومة شديدة من أجل الحصول على الإتاوات الكافية على محركاته. على الرغم من ذلك ، من خلال 1780 كان أداء جيمس جيدًا من الناحية المالية. لكن شريكه بولتون كان يجد صعوبة في زيادة رأس المال. في العام التالي ، شهد بولتون فتح سوق جديد في صناعات الذرة والشعير والقطن.

بولتون يكتشف فرصًا جديدة

تم حث جيمس وات من قبل بولتون على ابتكار شكل من أشكال الحركة الدوارة لمحركاته البخارية. كانت الفكرة هي استبدال العمل المتبادل للأصل. في 1781 لقد فعل ذلك بالضبط. قدم ما يسمى بمعداته الخاصة بالشمس والكوكب الحركة التي من خلالها ينتج عمود الدوران دورتين لكل دورة للمحرك.

في 1782 كان جيمس على وشك النجاح. اخترع وحصل على براءة اختراع محرك مزدوج الفعل. يحتوي هذا المحرك على مكبس يدفع ويسحب. تطلب المحرك طريقة جديدة لربط المكبس بشكل صارم بالحزمة.

تم تطوير حله في 1784 عندما اخترع الحركة الموازية. هذا ترتيب لقضبان التوصيل التي وجهت قضيب المكبس في حركة عمودية - والتي وصفها بأنها "واحدة من أبسط قطع الآلية التي ابتكرتها." اقترح بولتون لاحقًا الحاجة إلى حاكم الطرد المركزي للتحكم التلقائي في سرعة المحرك. سيأخذ وات اقتراحاته ويطبقها بنجاح في 1788. بواسطة 1790 كما أنه اخترع وأضف مقياس ضغط. هذا يكاد يكمل ما نعرفه اليوم باسم محرك واط.

السنوات اللاحقة

تدفقت الطلبات بسرعة لمحركه من مصانع الورق ومطاحن الدقيق ومطاحن القطن ومصانع الحديد ومعامل التقطير والقنوات ومحطات المياه. الكثير ، في الواقع ، من خلال 1790 أصبح وات رجلاً ثريًا. كان قد استقبل حتى الآن £76,000 في الإتاوات من براءات اختراعه السابقة 11 سنة. ومع ذلك ، لم تستهلك المحركات البخارية سنواته الأخيرة بالكامل.

كان جيمس وات عضوًا في جمعية القمر في برمنغهام. كانت هذه مجموعة من الكتاب والعلماء الذين يرغبون في النهوض بالعلوم والفنون. سيقضي واط وقته أيضًا في تجربة قوة المواد. غالبًا ما شارك جيمس أيضًا في الإجراءات القانونية لحماية براءات الاختراع الخاصة به.

في 1785 تم انتخاب وات وبولتون كزملاء في الجمعية الملكية في لندن. سيبدأ أيضًا في قضاء بعض الوقت في أيام العطلات. حتى أنه اشترى عقارًا في Doldowlod ، Radnorshire. بواسطة 1795 بدأ وات في الانسحاب ببطء من العمل. بواسطة 1880 كان جيمس يقترب بسرعة من سن التقاعد. 1880 كما صادف أن يكون العام الذي ستبدأ فيه براءات الاختراع والشراكة في الانتهاء.

أسس وات شركة جديدة في 1794وبولتون ووات. قامت هذه المؤسسة ببناء Soho Foundry لتصنيع محركات بخارية بشكل أكثر تنافسية. في هذا الوقت أيضًا ، بدأ ابن واط من زواجه الأول ، جيمس ، في إعطائه المشاكل.

مشاكل عائلية

كان جيمس وات جونيور شابًا متعاطفًا مع الثورة الفرنسية. وقد تعرض لانتقادات علنية في البرلمان لتقديمه في 1792, خطاب من جمعية مانشستر الدستورية لجمعية أصدقاء الدستور (نادي اليعاقبة) في باريس.

تقاعد واط الطويل كان حزينًا لاحقًا بسبب الموت المفاجئ لابن آخر بزواجه الثاني ، غريغوري. كما أنه سيعيش أكثر من العديد من أصدقائه القدامى والأقرباء. على الرغم من ذلك ، سافر جيمس إلى اسكتلندا وفرنسا وألمانيا عندما تم التوقيع على معاهدة أميان 1802.

سيواصل جيمس وات عمله في حجرة منزله. هنا قام ببنائها وتجهيزها بورشة صغيرة. استمر جيمس في العبث والاختراع وطور بالفعل آلة نحت قام بها بإعادة إنتاج تماثيل نصفية وأشكال أصلية لأصدقائه.

عمل جيمس أيضًا كمستشار لشركة مياه غلاسكو. تم الاعتراف بإنجازات وات بشكل كبير في حياته. حصل على درجة الدكتوراه في القانون من جامعة جلاسكو في 1806 وزميل أجنبي في الأكاديمية الفرنسية للعلوم في 1814 وعُرِض على بارونيتية فرفضها.

الموت والإرث

توفي جيمس وات في 25 أغسطس 1819. كان عمره 83 سنة.

كان محرك جيمس وات البخاري تطورًا رائدًا حقًا ، ويمكن القول إنه مفتاح الثورة الصناعية. أصبحت الآلة الخاصة به مشهورة بشكل لا يصدق وتم تثبيتها في العديد من الشركات في جميع أنحاء المملكة المتحدة. كانت مساهمته في العلوم والتكنولوجيا هي التي سميت وحدة طاقة على شرفه ، وات.

الواط ، في حالة عدم معرفتك ، هو وحدة SI تساوي جول واحد من العمل المنجز في الثانية. هذا يساوي حوالي 1/746 من حصان (للحصان الميكانيكي والكهربائي). يجادل بعض العلماء أيضًا بأن اختراع حركته المتوازية (أو محرك التمثيل المزدوج) في 1784 يجب أن يمثل بداية حقبة الأنثروبوسين المثيرة للجدل. هذه فترة زمنية غير رسمية حتى الآن من الزمن الجيولوجي.

في مايو 2009، أعلن بنك إنجلترا أن بولتون ووات سيظهران في الجديد £50 ملحوظة. هذا التصميم هو الأول الذي يحتوي على صورة مزدوجة على أي ورقة نقدية من بنك إنجلترا. ظهرت في هذه الصورة الرجلين ، جنبًا إلى جنب ، جنبًا إلى جنب مع صور لمحرك Watt البخاري وأعمال بولتون في سوهو. نُقشت الاقتباسات المنسوبة إلى كل من الرجال على الملاحظة: "أبيع هنا ، سيدي ، ما يريده كل العالم - القوة" (بولتون) و "لا يمكنني التفكير في أي شيء آخر سوى هذه الآلة" (واط).

في 2011، كان جيمس وات أيضًا واحدًا من سبعة مبتدئين في قاعة مشاهير الهندسة الاسكتلندية.


شاهد الفيديو: المحرك البخاري وكيف يعمل.. #مجلةالشبابالسوري (سبتمبر 2021).