Джеймс Ватт: Изобретатель и инженер-механик

Введение

Шотландский изобретатель, инженер-механик и химик (1736–1819) – изобретатель и инженер-механик.

Джеймс Уотт (/wɒt/; 30 января 1736 (19 января 1736 по старому стилю) – 25 августа 1819) был шотландским изобретателем, инженером-механиком и химиком, который усовершенствовал паровую машину Томаса Ньюкомена 1712 года, создав в 1776 году свою паровую машину Уотта, что стало фундаментальным для изменений, вызванных промышленной революцией как в его родной Великобритании, так и во всем мире. Работая в университете Глазго мастером-инструментальщиком, Уотт заинтересовался технологией паровых двигателей. В то время инженеры, такие как Джон Смитон, знали о неэффективности машины Ньюкомена и стремились ее улучшить. Уотт пришел к пониманию того, что современные конструкции двигателей расточительно тратят энергию на многократное охлаждение и нагрев цилиндра. Уотт внедрил усовершенствование конструкции – отдельный конденсатор, который позволил избежать этих потерь энергии и радикально повысил мощность, эффективность и экономичность паровых двигателей. В конечном итоге он адаптировал свой двигатель для создания вращательного движения, что значительно расширило область его применения за пределы откачки воды. Уотт пытался коммерциализировать свое изобретение, но столкнулся с серьезными финансовыми трудностями, пока в 1775 году не вступил в партнерство с Мэтью Болтоном. Новая фирма «Болтон и Уотт» в конечном итоге добилась большого успеха, и Уотт стал состоятельным человеком. На пенсии Уотт продолжал разрабатывать новые изобретения, хотя ни одно из них не было столь значительным, как его работа над паровой машиной. Поскольку Уотт разработал концепцию лошадиной силы, единица СИ для измерения мощности – ватт – была названа в его честь.

Ранние годы и образование

Джеймс Уатт родился 19 января 1736 года в Гринкоке, Ренфрюшир, старшим из пяти выживших детей Агнес Мьюирхед (1703–1755) и Джеймса Уатта (1698–1782). Его мать происходила из знатной семьи, была хорошо образована и, как говорили, обладала сильным характером, в то время как его отец был кораблестроителем, судовладельцем и подрядчиком, а также занимал должность главного судебного пристава Гринкока в 1751 году. Часть богатства семьи Уатт происходила от торговли рабами и товарами, произведенными рабским трудом, осуществляемой отцом Уатта. Родители Уатта были пресвитерианами и строгими ковенантерами, но, несмотря на религиозное воспитание, он позже стал деистом. Дед Уатта, Томас Уатт (1642–1734), был учителем математики, геодезии и навигации.

Первоначально Уатт получал домашнее образование от матери, а затем посещал Гриннокскую гимназию. Там он проявил способности к математике, в то время как латынь и греческий языки не вызывали у него интереса. Уатт, как говорят, страдал от продолжительных приступов болезни в детстве и от частых головных болей на протяжении всей жизни. После окончания школы Уатт работал в мастерских предприятий своего отца, демонстрируя значительную ловкость и умение в создании инженерных моделей. После того, как его отец потерпел неудачу в предпринимательской деятельности, Уатт покинул Гриннок в поисках работы в Глазго в качестве мастера по изготовлению математических инструментов. Когда Уатту исполнилось 18 лет, его мать умерла, а здоровье отца начало ухудшаться. Уатт отправился в Лондон и смог получить годичную стажировку в качестве мастера по изготовлению инструментов (1755–1756), затем вернулся в Шотландию и поселился в крупном торговом городе Глазго, намереваясь открыть собственное дело по изготовлению инструментов. Он был еще очень молод и, не имея полноценного ученичества, не имел обычных связей через бывшего мастера, чтобы утвердиться в качестве подмастерья-инструментальщика. Уатта спасло от этого тупика прибытие из Ямайки астрономических инструментов, завещанных Александром Макфарлейном Глазгову университету – инструментов, требовавших экспертного внимания. Уатт восстановил их в рабочем состоянии и получил вознаграждение. Эти инструменты в конечном итоге были установлены в обсерватории Макфарлейна. Впоследствии три профессора предложили ему открыть небольшую мастерскую в университете. Она была основана в 1757 году, и два профессора, физик и химик Джозеф Блэк, а также известный экономист Адам Смит, стали друзьями Уатта. Сначала он занимался обслуживанием и ремонтом научных инструментов, используемых в университете, помогал с демонстрациями и расширял производство квадрантов. Он изготавливал и ремонтировал латунные отражающие квадранты, параллельные линейки, весы, детали для телескопов и барометры, среди прочего. Биографы, такие как Сэмюэл Смайлс, утверждают, что Уатту было трудно утвердиться в Глазго из-за противодействия Торгового дома, но это оспаривается другими историками, такими как Гарри Ламсден. Записи этого периода фрагментарны, но, хотя ясно, что Уатт столкнулся с противодействием, он тем не менее смог работать и торговать как квалифицированный металлург, что позволяет предположить, что Гильдия молотобойцев была удовлетворена тем, что он соответствует их требованиям для членства, или что Уатту удалось избежать их прямого противодействия. В 1759 году он создал партнерство с Джоном Крейгом, архитектором и предпринимателем, для производства и продажи широкого ассортимента продукции, включая музыкальные инструменты и игрушки. Это партнерство продолжалось следующие шесть лет и насчитывало до 16 работников. Крейг умер в 1765 году. Один из сотрудников, Алекс Гарднер, в конечном итоге возглавил бизнес, который просуществовал до 20-го века. В 1764 году Уатт женился на своей кузине Маргарет (Пэгги) Миллер, с которой у него было 5 детей, 2 из которых дожили до взрослого возраста: Джеймс-младший (1769–1848) и Маргарет (1767–1796). Его жена умерла при родах в 1773 году. В 1777 году он женился снова на Энн Макгрегор, дочери красильщика из Глазго, с которой у него было 2 ребенка: Грегори (1777–1804), который стал геологом и минералогом, и Джанет (1779–1794). Энн умерла в 1832 году. В период с 1777 по 1790 год он жил на Регент-Плейс в Бирмингеме.

Initially, Watt was educated at home by his mother, later going on to attend Greenock Grammar School. There he exhibited an aptitude for mathematics, while Latin and Greek failed to interest him. Watt is said to have suffered prolonged bouts of ill health as a child and from frequent headaches all his life. After leaving school, Watt worked in the workshops of his father's businesses, demonstrating considerable dexterity and skill in creating engineering models. After his father suffered unsuccessful business ventures, Watt left Greenock to seek employment in Glasgow as a mathematical instrument maker.]] When he was 18, Watt's mother died and his father's health began to fail. Watt travelled to London and was able to obtain a period of training as an instrument maker for a year (1755–56), then returned to Scotland, settling in the major commercial city of Glasgow, intent on setting up his own instrument making business. He was still very young and, having not had a full apprenticeship, did not have the usual connections via a former master to establish himself as a journeyman instrument maker. Watt was saved from this impasse by the arrival from Jamaica of astronomical instruments bequeathed by Alexander MacFarlane to the University of Glasgow – instruments that required expert attention. Watt restored them to working order and was remunerated. These instruments were eventually installed in the Macfarlane Observatory. Subsequently, three professors offered him the opportunity to set up a small workshop within the university. It was initiated in 1757 and two of the professors, the physicist and chemist Joseph Black as well as the famed economist Adam Smith, became Watt's friends. At first, he worked on maintaining and repairing scientific instruments used in the university, helping with demonstrations, and expanding the production of quadrants. He made and repaired brass reflecting quadrants, parallel rulers, scales, parts for telescopes, and barometers, among other things. Biographers such as Samuel Smiles assert that Watt struggled to establish himself in Glasgow due to opposition from the Trades House, but this has been disputed by other historians, such as Harry Lumsden. The records from this period are fragmentary, but while it is clear that Watt encountered opposition, he was nevertheless able to work and trade as a skilled metal worker, suggesting that the Incorporation of Hammermen were satisfied that he met their requirements for membership, or that Watt managed to avoid their outright opposition. In 1759, he formed a partnership with John Craig, an architect and businessman, to manufacture and sell a line of products including musical instruments and toys. This partnership lasted for the next six years, and employed up to 16 workers. Craig died in 1765. One employee, Alex Gardner, eventually took over the business, which lasted into the 20th century. In 1764, Watt married his cousin Margaret (Peggy) Miller, with whom he had 5 children, 2 of whom lived to adulthood: James Jr. (1769–1848) and Margaret (1767–1796). His wife died in childbirth in 1773. In 1777, he married again, to Ann MacGregor, daughter of a Glasgow dye maker, with whom he had 2 children: Gregory (1777–1804), who became a geologist and mineralogist, and Janet (1779–1794). Ann died in 1832. Between 1777 and 1790 he lived in Regent Place, Birmingham.

Уатт и чайник

Существует популярная история о том, что Ватт был вдохновлен на создание паровой машины, наблюдая за кипящим чайником, пар от которого поднимал крышку, демонстрируя Ватту силу пара. Эта история существует во множестве вариантов: в одних Ватт изображен юношей, в других – более зрелым мужчиной, иногда речь идет о чайнике его матери, иногда – тети, что позволяет предположить ее апокрифичность. В любом случае, Ватт не изобрел паровую машину, а значительно повысил эффективность существующей машины Ньюкомена, добавив отдельный конденсатор, что соответствовало уже известным принципам тепловой эффективности. Вероятно, эту историю создал сын Ватта, Джеймс Ватт-младший, стремившийся сохранить и приукрасить наследие своего отца. В этом контексте ее можно сравнить с рассказом об Исааке Ньютоне и упавшем яблоке, приведшем его к открытию закона всемирного тяготения. Хотя эта история, скорее всего, является мифом, она имеет под собой фактическую основу. Стремясь понять термодинамику тепла и пара, Джеймс Ватт проводил множество лабораторных экспериментов, и в его дневниках зафиксировано, что в ходе этих экспериментов он использовал чайник в качестве парогенератора.

Ранние эксперименты с паром

В 1759 году друг Уотта, Джон Робисон, обратил его внимание на использование пара в качестве источника движущей силы. Конструкция двигателя Ньюкомена, который почти 50 лет использовался для откачки воды из шахт, практически не изменилась с момента его первого создания. Уотт начал экспериментировать с паром, хотя он никогда не видел работающей паровой машины. Он попытался построить модель, но она не заработала удовлетворительно, и он продолжил свои эксперименты, изучая все, что мог найти по этой теме. Он пришел к пониманию важности скрытой теплоты – тепловой энергии, выделяемой или поглощаемой при постоянной температуре – для понимания работы двигателя, которую, сам того не зная, его друг Джозеф Блэк открыл за несколько лет до этого. Понимание принципов работы паровой машины находилось в зачаточном состоянии, поскольку наука термодинамика должна была быть формализована лишь спустя почти 100 лет. В 1763 году Уатта попросили отремонтировать модель двигателя Ньюкомена, принадлежавшую университету. Эта энергия тратилась впустую, поскольку на более позднем этапе цикла в цилиндр впрыскивалась холодная вода для конденсации пара и снижения давления. Таким образом, многократный нагрев и охлаждение цилиндра приводили к тому, что двигатель терял большую часть тепловой энергии, вместо того чтобы преобразовывать ее в механическую. Ключевое озарение Уатта, пришедшее к нему в мае 1765 года, когда он пересекал парк Глазго Грин, заключалось в том, чтобы заставить пар конденсироваться в отдельной камере, отдельно от поршня, и поддерживать температуру цилиндра на уровне температуры впрыскиваемого пара, окружив его "паровой рубашкой". Несмотря на потенциально работоспособную конструкцию, создание полномасштабного двигателя все еще представляло значительные трудности. Для этого требовался дополнительный капитал, часть которого предоставил Блэк. Более существенную поддержку оказал Джон Роубак, основатель знаменитых Carron Iron Works недалеко от Фолкирка, с которым Уотт и образовал партнерство. Роубак жил в доме Киннеил в Бонессе, и в это время Уотт работал над совершенствованием своей паровой машины в коттедже, примыкающем к дому. Сохранились стены этого коттеджа и значительная часть одного из его проектов, расположенные сзади. Основная трудность заключалась в обработке поршня и цилиндра. Железоделательные мастера того времени скорее напоминали кузнецов, чем современных механиков, и не могли изготавливать детали с необходимой точностью. Значительные средства были потрачены на получение патента на изобретение Уотта. Испытывая финансовые трудности, Уотт был вынужден устроиться на работу – сначала в качестве землемера, затем инженера-строителя – на 8 лет. Роубак обанкротился, и Мэтью Болтон, владелец мануфактуры Soho возле Бирмингема, приобрел его патентные права. В 1775 году удалось успешно продлить срок действия патента до 1800 года. Благодаря Болтону Уотт наконец-то получил доступ к одним из лучших железоделательных мастеров в мире. Проблему изготовления большого цилиндра с плотно прилегающим поршнем решил Джон Уилкинсон, разработавший прецизионные методы сверления для изготовления орудий в Бершеме, недалеко от Врекшема, в Северном Уэльсе. Уотт и Болтон создали чрезвычайно успешное партнерство, "Болтон и Уотт", которое просуществовало следующие 25 лет.

In 1759, Watt's friend, John Robison, called his attention to the use of steam as a source of motive power. The design of the Newcomen engine, in use for almost 50 years for pumping water from mines, had hardly changed from its first implementation. Watt began to experiment with steam, though he had never seen an operating steam engine. He tried constructing a model; it failed to work satisfactorily, but he continued his experiments and began to read everything he could about the subject. He came to realise the importance of latent heat—the thermal energy released or absorbed during a constant temperature process—in understanding the engine, which, unknown to Watt, his friend Joseph Black had previously discovered years before. Understanding of the steam engine was in a very primitive state, for the science of thermodynamics would not be formalised for nearly another 100 years. In 1763, Watt was asked to repair a model Newcomen engine belonging to the university. This energy was wasted because, later in the cycle, cold water was injected into the cylinder to condense the steam to reduce its pressure. Thus, by repeatedly heating and cooling the cylinder, the engine wasted most of its thermal energy rather than converting it into mechanical energy. Watt's critical insight, arrived at in May 1765 as he crossed Glasgow Green park, was to cause the steam to condense in a separate chamber apart from the piston, and to maintain the temperature of the cylinder at the same temperature as the injected steam by surrounding it with a "steam jacket".]] Despite a potentially workable design, there were still substantial difficulties in constructing a full scale engine. This required more capital, some of which came from Black. More substantial backing came from John Roebuck, the founder of the celebrated Carron Iron Works near Falkirk, with whom he now formed a partnership. Roebuck lived at Kinneil House in Bo'ness, during which time Watt worked at perfecting his steam engine in a cottage adjacent to the house. The shell of the cottage, and a very large part of one of his projects, still exist to the rear. The principal difficulty was in machining the piston and cylinder. Iron workers of the day were more like blacksmiths than modern machinists, and were unable to produce the components with sufficient precision. Much capital was spent in pursuing a patent on Watt's invention. Strapped for resources, Watt was forced to take up employment—first as a surveyor, then as a civil engineer—for 8 years. Roebuck went bankrupt, and Matthew Boulton, who owned the Soho Manufactory works near Birmingham, acquired his patent rights. An extension of the patent to 1800 was successfully obtained in 1775. Through Boulton, Watt finally had access to some of the best iron workers in the world. The difficulty of the manufacture of a large cylinder with a tightly fitting piston was solved by John Wilkinson, who had developed precision boring techniques for cannon making at Bersham, near Wrexham, North Wales. Watt and Boulton formed a hugely successful partnership, Boulton and Watt, which lasted for the next 25 years.

Первые двигатели

В 1776 году первые двигатели были установлены и работали на коммерческих предприятиях. Эти первые двигатели использовались для привода насосов и производили только возвратно-поступательное движение для перемещения насосных стержней в нижней части ствола. Конструкция оказалась коммерчески успешной, и в течение следующих пяти лет Уатт был очень занят установкой все большего числа двигателей, преимущественно в Корнуолле, для откачки воды из шахт. Эти ранние двигатели не производились Болтоном и Уаттом, а изготавливались другими по чертежам Уатта, который выступал в роли инженера-консультанта. Монтаж двигателя и его обкатка первоначально находились под надзором Уатта, а затем сотрудников фирмы, при этом фактические работы выполнялись покупателем двигателя. В качестве руководителей монтажа в разное время выступали Уильям Мердок, Джон Ренни, Уильям Плейфэйр, Джон Саузерн, Логан Хендерсон, Джеймс Лоусон, Уильям Брантон, Айзек Перринс и другие. Это были большие машины. Первая, например, имела цилиндр диаметром 50 дюймов и общую высоту около 24 футов, для размещения которого требовалось построить специальное здание. Болтон и Уатт взимали годовую плату, равную одной трети стоимости угля, сэкономленного по сравнению с двигателем Ньюкомена, выполняющим ту же работу. Область применения изобретения значительно расширилась, когда Болтон настоятельно убедил Уатта преобразовать возвратно-поступательное движение поршня в вращательное движение для привода шлифовальных, ткацких и фрезерных станков. Хотя кривошип казался очевидным решением для преобразования, Уатт и Болтон столкнулись с патентом на него, владельцы которого, Джеймс Пикард и его партнеры, предложили перекрестное лицензирование внешнего конденсатора. Уатт категорически возражал против этого и обошел патент, используя зубчатую передачу «солнце и планета» в 1781 году. В течение следующих шести лет он вносил другие улучшения и модификации в паровой двигатель. Одно из них – двухтактный двигатель, в котором пар действовал попеременно с обеих сторон поршня. Он описал методы работы пара «расширенно» (то есть, используя пар под давлением, значительно превышающим атмосферное). Была описана и составная машина, соединяющая два или более двигателя. В 1781 и 1782 годах были выданы еще два патента на эти разработки. Постоянно внедрялись многочисленные другие улучшения, упрощавшие производство и монтаж. Одним из них было использование индикатора пара, который создавал информативный график изменения давления в цилиндре в зависимости от его объема, который Уатт держал в секрете как коммерческую тайну. Другим важным изобретением, которым особенно гордился Уатт, была параллельная кинематика, необходимая в двухтактных двигателях, поскольку она обеспечивала прямолинейное движение, требуемое для цилиндрического штока и насоса, от соединенной качающейся балки, чей конец движется по круговой дуге. Это было запатентовано в 1784 году. Очень важными были дроссельный клапан для регулирования мощности двигателя и центробежный регулятор, запатентованный в 1788 году, для предотвращения «ухода» двигателя. Все эти улучшения вместе взятые привели к созданию двигателя, который был в пять раз более экономичным, чем двигатель Ньюкомена. Из-за опасности взрыва котлов, находившихся на очень примитивной стадии разработки, и продолжающихся проблем с утечками, Уатт ограничил использование пара высокого давления – все его двигатели использовали пар при почти атмосферном давлении.

In 1776, the first engines were installed and working in commercial enterprises. These first engines were used to power pumps and produced only reciprocating motion to move the pump rods at the bottom of the shaft. The design was commercially successful, and for the next five years, Watt was very busy installing more engines, mostly in Cornwall, for pumping water out of mines. These early engines were not manufactured by Boulton and Watt, but were made by others according to drawings made by Watt, who served in the role of consulting engineer. The erection of the engine and its shakedown was supervised by Watt, at first, and then by men in the firm's employ, with the actual work being accomplished by the purchaser of the engine. Supervising erectors included at various times William Murdoch, John Rennie, William Playfair, John Southern, Logan Henderson, James Lawson, William Brunton, Isaac Perrins and others. These were large machines. The first, for example, had a cylinder with a diameter of 50 inches and an overall height of about 24 feet, and required the construction of a dedicated building to house it. Boulton and Watt charged an annual payment, equal to one third of the value of the coal saved in comparison to a Newcomen engine performing the same work. The field of application for the invention was greatly widened when Boulton urged Watt to convert the reciprocating motion of the piston to produce rotational power for grinding, weaving and milling. Although a crank seemed the obvious solution to the conversion, Watt and Boulton were stymied by a patent for this, whose holder, James Pickard and his associates proposed to cross license the external condenser. Watt adamantly opposed this and they circumvented the patent by their sun and planet gear in 1781. Over the next six years, he made other improvements and modifications to the steam engine. A double acting engine, in which the steam acted alternately on both sides of the piston, was one. He described methods for working the steam "expansively" (i. e., using steam at pressures well above atmospheric). A compound engine, which connected two or more engines, was described. Two more patents were granted for these in 1781 and 1782. Numerous other improvements that made for easier manufacture and installation were continually implemented. One of these included the use of the steam indicator which produced an informative plot of the pressure in the cylinder against its volume, which he kept as a trade secret. Another important invention, one which Watt was most proud of, was the parallel motion linkage, which was essential in double acting engines as it produced the straight line motion required for the cylinder rod and pump, from the connected rocking beam, whose end moves in a circular arc. This was patented in 1784. A throttle valve to control the power of the engine, and a centrifugal governor, patented in 1788, to keep it from "running away" were very important. These improvements taken together produced an engine which was up to five times as fuel efficient as the Newcomen engine. Because of the danger of exploding boilers, which were in a very primitive stage of development, and the ongoing issues with leaks, Watt restricted his use of high pressure steam – all of his engines used steam at near atmospheric pressure.

Патентные разбирательства

Эдвард Булл начал строить двигатели для компании Boulton and Watt в Корнуолле в 1781 году. К 1792 году он начал производить двигатели собственной конструкции, но с отдельным конденсатором, что нарушало патенты Уатта. Два брата, Ябез Картер Хорнблоуэр и Джонатан Хорнблоуэр-младший, также примерно в то же время начали строить двигатели. Другие стали модифицировать двигатели Ньюкомена, добавляя конденсатор, и владельцы шахт в Корнуолле убедились, что патент Уатта невозможно защитить в суде. Они начали задерживать выплаты компании Boulton and Watt, которая к 1795 году столкнулась с серьезными финансовыми трудностями. Из общей суммы в 21 000 фунтов стерлингов (эквивалент которой на сегодняшний день составляет…) получено было лишь 2 500 фунтов. Уатту пришлось обратиться в суд для защиты своих прав. Он впервые подал в суд на Булла в 1793 году. Присяжные вынесли решение в пользу Уатта, но вопрос о действительности первоначальной спецификации патента был оставлен для рассмотрения в другом судебном процессе. В то же время были изданы судебные запреты, обязывающие нарушителей депонировать выплаты роялти. Судебное разбирательство по определению действительности спецификаций, состоявшееся в следующем году, не дало однозначного результата, но судебные запреты остались в силе, и все нарушители, кроме Джонатана Хорнблоуэра, начали урегуливать свои дела. Вскоре, в 1799 году, Хорнблоуэр предстал перед судом, и вердикт четырех судей был решительно в пользу Уатта. Их друг Джон Уилкинсон, решивший проблему точной расточки цилиндров, представлял собой особенно серьезный случай. Он построил около 20 двигателей без ведома Боултона и Уатта. В 1796 году они наконец договорились об урегулировании вопроса о нарушении патента. Боултон и Уотт так и не получили всю причитающуюся им сумму, но споры были урегулированы напрямую между сторонами или посредством арбитража. Эти судебные процессы были чрезвычайно затратными как с финансовой, так и со временной точки зрения, но в конечном итоге оказались успешными для фирмы.

Копировальная машина

До 1780 года не существовало эффективного способа копирования писем или чертежей. Единственным иногда используемым методом был механический, с применением нескольких соединенных ручек. Ватт поначалу экспериментировал с усовершенствованием этого метода, но вскоре отказался от него из-за его громоздкости. Вместо этого он решил попытаться физически перенести чернила с лицевой стороны оригинала на оборотную сторону другого листа, смоченного растворителем, и прижать его к оригиналу. Второй лист должен был быть тонким, чтобы чернила были видны сквозь него при просмотре на свет, тем самым точно воспроизводя оригинал. Ватт начал разрабатывать этот процесс в 1779 году и провел множество экспериментов по созданию состава чернил, выбору тонкой бумаги, разработке способа смачивания специальной тонкой бумаги и изготовлению пресса, способного обеспечить необходимое давление для осуществления переноса. Все это требовало значительных экспериментов, но вскоре он добился достаточных успехов, чтобы запатентовать процесс спустя год. Ватт создал новое партнерство с Болтоном (который предоставил финансирование) и Джеймсом Киром (для управления бизнесом), основав фирму под названием James Watt and Co. Доведение изобретения до совершенства потребовало дальнейшей разработки, прежде чем его можно было бы широко использовать, но эти работы были проведены в течение следующих нескольких лет. В 1794 году Болтон и Ватт передали свои доли в фирме своим сыновьям. Изобретение стало коммерчески успешным и широко применялось в офисах вплоть до 20-го века.

Химические эксперименты

С раннего возраста Уотт проявлял большой интерес к химии. В конце 1786 года, находясь в Париже, он стал свидетелем эксперимента Клода Луи Бертолле, в котором соляная кислота вступала в реакцию с диоксидом марганца с образованием хлора. Он уже обнаружил, что водный раствор хлора может отбеливать текстиль, и опубликовал свои результаты, вызвавшие большой интерес у многих потенциальных конкурентов. Вернувшись в Британию, Уотт начал эксперименты в этом направлении, надеясь найти коммерчески жизнеспособный процесс. Он обнаружил, что смесь соли, диоксида марганца и серной кислоты может производить хлор, который, по мнению Уотта, мог быть более дешевым методом. Он пропускал хлор через слабый раствор щелочи и получал мутный раствор, который, казалось, обладал хорошими отбеливающими свойствами. Вскоре он сообщил об этих результатах Джеймсу МакГригору, своему тестю, который был отбеливателем в Глазго. В остальном он старался держать свой метод в секрете. Вместе с МакГригором и его женой Энни он начал масштабировать процесс, и в марте 1788 года МакГригор смог отбелить ткань в количестве, которое его удовлетворило. Примерно в это же время Бертолле открыл процесс с использованием соли и серной кислоты и опубликовал его, сделав его общедоступным. Многие другие начали экспериментировать с улучшением процесса, который все еще имел множество недостатков, в том числе проблему транспортировки жидкого продукта. Соперники Уотта вскоре обогнали его в разработке этого процесса, и он вышел из борьбы. Только в 1799 году Чарльз Теннант запатентовал процесс производства твердого отбеливающего порошка (гипохлорита кальция), который и стал коммерческим успехом. К 1794 году Томас Беддоус выбрал Уотта для изготовления аппаратов для производства, очистки и хранения газов для использования в новом Пневматическом институте в Хотвелле, Бристоль. Уотт продолжал экспериментировать с различными газами, но к 1797 году медицинское применение "искусственных газов" зашло в тупик.

Литейная фабрика Сохо

Сначала партнерство разрабатывало чертежи и спецификации для двигателей и осуществляло надзор за их установкой на территории заказчиков. Сами они производили почти ни одной детали. Уатт выполнял большую часть работы дома, в Харперс-Хилле, в Бирмингеме, а Боултон – на фабрике Сохо. Постепенно партнеры стали сами производить все больше и больше деталей, и к 1795 году приобрели участок земли примерно в миле от фабрики Сохо, на берегу Бирмингемского канала, чтобы построить новый литейный завод для изготовления двигателей. Литейный завод Сохо был официально открыт в 1796 году, когда сыновья Уатта, Грегори и Джеймс-младший, принимали активное участие в управлении предприятием. В 1800 году, в год выхода Уатта на пенсию, фирма изготовила в общей сложности 41 двигатель.

Поздние годы

Ватт вышел в отставку в 1800 году, в том же году, когда истек срок действия его основного патента и партнерства с Болтоном. Знаменитое партнерство перешло к сыновьям – Мэтью Робинсону Болтону и Джеймсу Уатту-младшему. Инженер фирмы, Уильям Мердок, вскоре стал партнером, и компания процветала. Ватт продолжал изобретать и до, и во время своей частичной отставки. В своем доме в Хандсворте, Стаффордшир, Ватт использовал чердачное помещение в качестве мастерской, где работал над многими своими изобретениями. В частности, он изобрел и сконструировал машины для копирования скульптур и медалей, которые прекрасно работали, но он так и не запатентовал их. Одной из первых скульптур, созданных с помощью этой машины, стала небольшая голова его старого друга и профессора Адама Смита. Он сохранил интерес к гражданскому строительству и выступал консультантом по нескольким важным проектам. Например, он предложил способ строительства гибкой трубы для перекачки воды под рекой Клайд в Глазго. Вместе со своей второй женой он посетил Францию и Германию и приобрел поместье Дольдоулоуд в центральном Уэльсе, в миле к югу от Лланвртхла, которое значительно улучшил. В 1816 году он совершил путешествие на пароходе «Комета», созданном по его чертежам, чтобы вновь посетить свой родной город Гринок. Он умер 25 августа 1819 года в своем доме «Хитфилд-холл» близ Хандсворта в Стаффордшире (ныне часть Бирмингема) в возрасте 83 лет. Похоронен он был 2 сентября на кладбище церкви Святой Марии в Хандсворте. С тех пор церковь была расширена, и его могила теперь находится внутри нее.

Семья

16 июля 1764 года Уотт женился на своей кузине Маргарет Миллер (ум. 1773). У них было двое детей: Маргарет (1767–1796) и Джеймс (1769–1848). В 1791 году их дочь вышла замуж за Джеймса Миллера. В сентябре 1773 года, находясь в Шотландском нагорье, Уотт узнал, что его жена, беременная третьим ребенком, тяжело заболела. Он немедленно вернулся домой, но обнаружил, что она скончалась, а их ребенок родился мертвым.

Масонство

Он был принят в шотландское масонство в ложе «Глазго Королевский Арка», № 77, в 1763 году. Ложа прекратила своё существование в 1810 году. В его родном городе Глазго масонская ложа была названа в его честь – ложа имени Джеймса Уатта, № 1215.

Вклад Мёрдока

Уильям Мердок присоединился к компании Boulton and Watt в 1777 году. Сначала он работал в модельной мастерской в Сохо, но вскоре его направили на монтаж двигателей в Корнуолле. Он стал важной частью фирмы и внес значительный вклад в ее успех, включая собственные важные изобретения. Джон Гриффитс, автор биографии Мердока, написанной в 1992 году, утверждает, что неприятие Уаттом работы Мердока с паром высокого давления в его экспериментах с паровыми локомотивами замедлило их развитие: Уатт справедливо считал, что котлы того времени были бы небезопасны при более высоком давлении. Уатт запатентовал применение солнечной и планетарной передачи в паровых двигателях в 1781 году и парового локомотива в 1784 году, оба этих изобретения имеют веские основания считаться работой Мердока. Однако Мердок никогда не оспаривал патент, и фирма Бультона и Уотта продолжала использовать солнечную и планетарную передачу в своих ротативных двигателях даже после истечения срока действия патента на коленчатый механизм в 1794 году. В 1810 году Мердок стал партнером фирмы и оставался им до выхода на пенсию 20 лет спустя, в возрасте 76 лет.

Наследие

Как отмечает один автор, усовершенствования Джеймса Уатта в конструкции паровой машины "превратили ее из двигателя с незначительной эффективностью в главную движущую силу промышленной революции".

Почести

Ватт был удостоен большого уважения при жизни. В 1784 году он стал членом Королевского общества Эдинбурга, а в 1787 году был избран членом Батавского общества экспериментальной философии в Роттердаме, Нидерланды. В 1789 году он был принят в элитную группу – Смеатоновское общество инженеров-строителей. В 1806 году Глазгоский университет присвоил ему почетную степень доктора юридических наук. Французская академия избрала его иностранным членом-корреспондентом, а в 1814 году – иностранным ассоциированным членом. В честь Джеймса Уатта названа единица мощности – ватт, за его вклад в развитие паровой машины. Она была принята на Втором конгрессе Британской ассоциации содействия развитию науки в 1889 году и на 11-й Генеральной конференции по весам и мерам в 1960 году как единица измерения мощности, входящая в Международную систему единиц (или "СИ"). 29 мая 2009 года Банк Англии объявил о том, что Бультон и Уотт будут изображены на новой банкноте номиналом 50 фунтов стерлингов. Дизайн этой банкноты впервые представляет собой двойной портрет, на котором два промышленника изображены рядом друг с другом, на фоне паровой машины Уатта и фабрики Боултона в Сохо. На банкноте помещены цитаты, приписываемые каждому из них: "Я продаю здесь, сэр, то, что желает весь мир – СИЛУ" (Бултон) и "Я не могу думать ни о чем, кроме этой машины" (Уотт). Появление Уатта на банкноте – второй случай, когда шотландец был изображен на банкноте Банка Англии (первым был Адам Смит на банкноте номиналом 20 фунтов стерлингов образца 2007 года). В сентябре 2011 года было объявлено, что банкноты поступят в обращение 2 ноября. В 2011 году он вошел в число семи первых членов Шотландского зала славы инженерии.

Мемориалы

Уотт был похоронен на территории церкви Святой Марии в Хандсворте, Бирмингеме. Последующее расширение церкви над его могилой привело к тому, что его гробница теперь находится внутри церкви. Мастерская в мансарде, которую Уотт использовал на пенсии, оставалась запертой и нетронутой до 1853 года, когда ее впервые осмотрел его биограф Дж. П. Мьюрхед. После этого ее посещали время от времени, но оставляли нетронутой, как своего рода святыню. Предложение о передаче мастерской в Патентное бюро не было принято. Когда в 1924 году дом подлежал сносу, комната и все ее содержимое были переданы Музею науки, где она была воссоздана в точности. Она экспонировалась для посетителей много лет, но была застеклена, когда закрылась галерея, в которой она находилась. Мастерская оставалась нетронутой и сохранилась, и в марте 2011 года была вновь выставлена на всеобщее обозрение в рамках новой постоянной экспозиции Музея науки «Джеймс Уотт и наш мир». Приблизительное место рождения Джеймса Уатта в Гринке отмечено статуей. Другие памятные места в Гринке включают названия улиц и Библиотеку памяти Уатта, основанную в 1816 году благодаря пожертвованию Уатта научных книг и развитую как часть Института Уатта его сыном (который в конечном итоге стал Колледжем имени Джеймса Уатта). В 1974 году библиотека перешла в ведение местных властей и теперь также содержит местную историческую коллекцию и архивы Инверклайда, а в вестибюле установлена большая сидячая статуя. Уотт также отмечен статуями на площади Джордж-сквер в Глазго и улице Принцес-стрит в Эдинбурге, а также в Бирмингеме, где его память увековечена лунными камнями и школой, названной в его честь. Колледж имени Джеймса Уатта расширился с первоначального местоположения и теперь включает кампусы в Килвиннинге (Северный Эйршир), на улицах Финнарт-стрит и Уотерфронт в Гринке, а также спортивный кампус в Ларгсе. Университет Хериот-Ватт, расположенный недалеко от Эдинбурга, когда-то был Школой искусств Эдинбурга, основанной в 1821 году как первый в мире Институт механики, но в память о Джордже Хериоте, финансисте 16-го века короля Якова VI и I, и Джеймсе Уатте, после получения королевской хартии название было изменено на Университет Хериот-Ватт. Десятки университетских и колледжейских зданий (в основном технических и естественнонаучных) названы в его честь. Дом Мэтью Болтона, Сохо-хаус, теперь музей, посвященный работе обоих ученых. Инженерный факультет Университета Глазго располагается в здании имени Джеймса Уатта, в котором также находятся кафедры машиностроения и аэрокосмической техники. Огромная картина Джеймса Экфорда Лаудера «Джеймс Уотт, созерцающий паровую машину» теперь принадлежит Национальной галерее Шотландии. Статуя Джеймса Уатта установлена в садах Пикадилли в Манчестере и на Сити-сквер в Лидсе. Колоссальная статуя Уатта работы Фрэнсиса Легатта Чантри была установлена в Вестминстерском аббатстве, а затем перенесена в собор Святого Павла. На кенотафе частично гласит надпись: «Джеймс Уотт расширил ресурсы своей страны, увеличил силу человека и занял выдающееся место среди самых прославленных последователей науки и истинных благодетелей мира». Бюст Уатта находится в Зале героев Национального памятника Уоллесу в Стирлинге, Шотландия. Французская подводная лодка «Уотт» была названа в его честь.

Watt was buried in the grounds of St. Mary's Church, Handsworth, in Birmingham. Later expansion of the church, over his grave, means that his tomb is now buried inside the church. The garret room workshop that Watt used in his retirement was left, locked and untouched, until 1853, when it was first viewed by his biographer J. P. Muirhead. Thereafter, it was occasionally visited, but left untouched, as a kind of shrine. A proposal to have it transferred to the Patent Office came to nothing. When the house was due to be demolished in 1924, the room and all its contents were presented to the Science Museum, where it was recreated in its entirety. It remained on display for visitors for many years, but was walled off when the gallery it was housed in closed. The workshop remained intact, and preserved, and in March 2011 was put on public display as part of a new permanent Science Museum exhibition, "James Watt and our world". The approximate location of James Watt's birth in Greenock is commemorated by a statue. Other memorials in Greenock include street names and the Watt Memorial Library, which was begun in 1816 with Watt's donation of scientific books, and developed as part of the Watt Institution by his son (which ultimately became the James Watt College). Taken over by the local authority in 1974, the library now also houses the local history collection and archives of Inverclyde, and is dominated by a large seated statue in the vestibule. Watt is additionally commemorated by statuary in George Square, Glasgow and Princes Street, Edinburgh, as well as others in Birmingham, where he is also remembered by the Moonstones and a school is named in his honour. The James Watt College has expanded from its original location to include campuses in Kilwinning (North Ayrshire), Finnart Street and The Waterfront in Greenock, and the Sports campus in Largs. Heriot Watt University near Edinburgh was at one time the School of Arts of Edinburgh, founded in 1821 as the world's first Mechanics Institute, but to commemorate George Heriot, the 16th century financier to King James VI and I, and James Watt, after Royal Charter the name was changed to Heriot Watt University. Dozens of university and college buildings (chiefly of science and technology) are named after him. Matthew Boulton's home, Soho House, is now a museum, commemorating the work of both men. The University of Glasgow's Faculty of Engineering has its headquarters in the James Watt Building, which also houses the department of Mechanical Engineering and the department of Aerospace Engineering. The huge painting James Watt contemplating the steam engine by James Eckford Lauder is now owned by the National Gallery of Scotland. There is a statue of James Watt in Piccadilly Gardens, Manchester and City Square, Leeds. A colossal statue of Watt by Francis Legatt Chantrey was placed in Westminster Abbey, and later was moved to St. Paul's Cathedral. On the cenotaph, the inscription reads, in part, "JAMES WATT ENLARGED THE RESOURCES OF HIS COUNTRY, INCREASED THE POWER OF MAN, AND ROSE TO AN EMINENT PLACE AMONG THE MOST ILLUSTRIOUS FOLLOWERS OF SCIENCE AND THE REAL BENEFACTORS OF THE WORLD". A bust of Watt is in the Hall of Heroes of the National Wallace Monument in Stirling, Scotland. The French Navy submarine French submarine Watt was named for Watt.