جیمز وات مخترع موتور بخار وات و پیش‌گام انقلاب صنعتی اول
جیمز وات؛ مخترع موتور بخار وات و پیش‌گام انقلاب صنعتی اول
جیمز وات یکی از اسطوره‌های مکانیک و مهندسی است که به‌نوعی نقشی اساسی در شکل‌گیری اولین انقلاب صنعتی ایفا کرد.
جیمز وات (James Watt) مهندس مکانیک و مخترع و شیمی‌دان اسکاتلندی بود که با ساخت موتور بخار براساس طرحی از توماس نیوکامن، نامش را در صنعت جاودانه کرد. اختراع او تأثیرات اساسی بر شکل‌گیری اولین انقلاب صنعتی در منطقه‌ی بریتانیا و سپس، کل جهان گذاشت.
طرح‌ها و نمونه‌های اولیه از موتور بخار پیش از شروع مطالعات و اختراعات جیمز وات هم وجود داشتند. او در زمان تحصیل در دانشگاه گلاسکو در رشته‌ی طراحی و ساخت ابزارآلات، فقط مشکلات و ایرادات طرح‌های قبلی را بهبود داد و موتوری بهینه با بازدهی بیشتر معرفی کرد. نوآوری اصلی وات در طراحی موتور بخار، کاهش هدررفت انرژی آن بود که با تغییر ساختار خنک‌کنندگی انجام شد.
جیمز وات در تجاری‌کردن طرحش با مشکلات مالی متعددی روبه‌رو شد. او پس از شراکت با متیو بولتن توانست موتور بخار وات را به محصولی قابل ارائه به بازار تبدیل و با تأسیس شرکتی، درآمد مناسبی از آن کسب کند. وات در سال‌های بازنشستگی نیز به ارائه‌ی اختراع و نوآوری مشغول بود و زمانی نیز در حوزه‌ی شیمی فعالیت کرد؛ ولی هیچ‌یک از اختراع‌ها و نوآوری‌های بعدی او، به‌اندازه‌ی موتور بخار موفق نشدند. این مهندس بزرگ اسکاتلندی مفهوم «اسب‌بخار» را نیز در مطالعاتش شرح داد؛ به‌همین‌دلیل، یکای توان در واحد SI به‌‌افتخار او «وات» نام‌گذاری شد.
جیمز وات در ۱۹ژانویه‌ی۱۷۳۶ در گریناک، بندری در منطقه‌ی خور کلاید اسکاتلند به‌دنیا آمد. پدر او کشتی‌ساز و از مقام‌های دولتی منطقه بود. اگنس مورهد، مادر جیمز، اهل خانواده‌ای شناخته‌شده در اسکاتلند بود و تحصیلات عالی داشت. پدربزرگ وات، توماس وات، معلم ریاضیات و نماینده‌ی بارون کارتسبرن بود.
جیمز برای تحصیلات ابتدایی به مدرسه نرفت و عموما زیرنظر مادرش آمورش می‌دید. او پس از چند سال، به مدرسه‌ی گرامر گریناک رفت. جیمز در سال‌های اولیه‌ی تحصیل، مهارت‌های کار با ابزارآلات مهندسی را کسب کرد و به ریاضیات بسیار علاقه‌مند شد. درمقابل، او علاقه‌ای به دروس زبان‌های یونانی و لاتین نداشت. به‌علاوه، وات در سال‌های کودکی زیاد مریض می‌شد و مشکلات متعددی داشت.
جیمز وات اکثر آموزش‌های ابتدایی را نزد مادرش فراگرفت
وقتی جیمز ۱۸ ساله بود، مادرش از دنیا رفت و وضعیت سلامت پدرش نیز وخیم بود. او برای یادگیری طراحی و ساخت ابزارآلات یک سال به لندن رفت. جیمز پس از اتمام دوره‌ی آموزشی به اسکاتلند بازگشت و در شهر تجاری آن سال‌ها، یعنی گلاسکو، کسب‌وکار خودش در آن صنعت را شروع کرد. طراحی و ساخت و تعمیر انواع ابزارهای اندازه‌گیری همچون فشارسنج، اکتنت، ترازو و حتی قطعاتی برای ساخت تلسکوپ، زمینه‌های کاری جیمز در آن سال‌ها بودند.
سازمان‌های قانون‌گذار قرن هجدهم اسکاتلند، پس از مدتی کسب‌وکار جیمز وات را به‌تعطیلی کشاندند. دلیل اصلی آن بود که جیمز حداقل زمان موردنیاز برای کارآموزی، یعنی ۷ سال را پیش از تأسیس کارگاه اختصاصی نگذرانده بود. در آن زمان، هیچ کارگاه ساخت ابزارآلات ریاضی دیگری در اسکاتلند نبود؛ اما بازهم قانون‌گذاران اجازه‌ی ادامه‌ی فعالیت را به جیمز ندادند.
پرتره‌ی وات در جوانی
الکساندر مک‌فارلین منجمی بود که به‌نوعی باعث رهایی وات از بن‌بست کاری شد. او ابزارهای اندازه‌گیری نجومی را به دانشگاه گلاسکو برد و جیمز در آنجا، آن‌ها را تعمیر و بازطراحی کرد. این ابزارها پس از تعمیر و بازسازی، در رصدخانه‌ی مک‌فارلین نصب شدند. پس از آن عملیات، ۳ استاد به جیمز پیشنهاد دادند که کارگاه اختصاصی‌اش را در داخل دانشگاه تأسیس کند. در سال ۱۷۵۷، کارگاه کوچک جیمز در دانشگاه گلاسکو تأسیس شد و استادانی همچون جوزف بلک و آدام اسمیث به دوستان نزدیک او تبدیل شدند.
شروع فعالیت کاری و پیشبرد تحقیقات
جیمز وات در ابتدا در کارگاه دانشگاهی‌اش، ابزارآلات علمی را نگه‌داری و تعمیر می‌کرد که در بخش‌های مختلف دانشگاه استفاده می‌شدند. نمایش و معرفی ابزارها و از همه مهم‌تر، توسعه‌ی ساخت ابزار اندازه‌گیری موسوم به «چارک»، از فعالیت‌های دیگر او بود.
طراحی و ساخت ابزار و اسباب‌بازی شغل و مهارت اولیه‌ی جیمز وات بود
تجربه‌ی جیمز در طراحی و ساخت ابزارآلات مختلف، او را به فکر تأسیس کسب‌وکار اختصاصی در این حوزه انداخت. جان کریگ تاجر و معماری بود که اولین شریک وات در شرکت جدید شد. آن‌ها ساخت و فروش محصولات متنوعی همچون ابزارآلات موسیقی و اسباب‌بازی را در دستورکار خود قرار دادند. همکاری آن‌ها ۶ سال ادامه پیدا کرد و تعداد کارگرانشان به ۱۶ نفر رسید. کریگ در سال ۱۷۶۵، از دنیا رفت و یکی از کارگران کارگاه، یعنی الکس گاردنر، مدیریت آن را برعهده گرفت. آن شرکت تا قرن بیستم به فعالیتش ادامه داد.
در سال ۱۷۶۴، جیمز وات با دخترعمویش، مارگارت میلر ازدواج کرد. حاصل ازدواج آن‌ها ۵ فرزند بود که تنها ۲ نفر از آن‌ها، یعنی جیمز جونیور و مارگارت، به سن بزرگ‌سالی رسیدند. در سال ۱۷۷۲، همسر جیمز از دنیا رفت. ازدواج دوم جیمز با دختر صنعتگری گلاسکویی بود و حاصل آن ازدواج، دو فرزند به‌نام‌های گرگوری و جنت بودند.
آزمایش‌های تجربی با بخار
توماس نیوکامن اولین فردی بود که مفاهیم موتور بخار و استفاده از بخار به‌عنوان نیروی محرکه را به صنعت عرضه کرد. در سال ۱۷۱۲، وی این مفاهیم را شرح داد و ماشین او موسوم به «ماشین نیوکامن»، برای سال‌ها به‌عنوان ابزاری برای پمپاژکردن آب از معادن استفاده می‌شد. در سال ۱۷۵۹، جان رابیسون، یکی از دوستان جیمز وات به او پیشنهاد داد درباره‌ی استفاده از بخار به‌عنوان نیروی محرکه تحقیق کند.
جیمز وات پس از پیشنهاد دوستش، با آنکه هیچ‌گاه از نزدیک موتور بخار ندیده بود، آزمایش و مطالعه درباره‌ی آن را شروع کرد. اولین نمونه‌های تحقیقاتی او موفقیت چندانی نداشتند؛ اما جیمز از مطالعه و تحقیق بیشتر درباره‌ی مفاهیم موتور بخار خسته نشد. او هر منبع مطالعاتی درباره‌ی این بخش از صنعت را گردآوری و مطالعه کرد. در حین مطالعات، مفهوم گرمای نهان در موتورهای بخار توجه جیمز را به‌خود جلب کرد. دوست او، جوزف بلک، چند سال قبل این مفاهیم را در موتورها کشف کرده بود که البته جیمز اطلاعی از آن نداشت. در آن سال‌ها، درک مفاهیم موتور بخار آن‌چنان عمیق نبود؛ چراکه اصول ترمودینامیک حداقل تا ۱۰۰ سال بعد، ناشناخته باقی ماندند.
در سال ۱۹۶۳، جیمز وات مأمور شد موتور نیوکامن متعلق به دانشگاه را تعمیر کند. حتی پس از تعمیر او نیز، آن موتور به‌خوبی کار نمی‌کرد. پس از مطالعه‌ها و آزمایش‌های بسیار، وات به این نتیجه رسید که سه‌چهارم انرژی گرمایی موتور در هر چرخه، صرف گرم‌کردن سیلندر آن می‌شود. در ادامه‌ی چرخه، آب سرد به سیلندر تزریق می‌شد تا بخار موجود را باردیگر به مایع تبدیل کند؛ به‌همین‌دلیل، انرژی مذکور در چرخه به‌هدر می‌رفت. بنابراین، موتور در چرخه‌های فعالیت خود اکثر انرژی گرمایی‌اش را به‌جای تبدیل به انرژی مکانیکی هدر می‌داد.
دستاورد بزرگ جیمز وات بهبود موتور بخار نیوکامن بود
در سال ۱۷۶۵، راهکارها و نتیجه‌های تأثیرگذار وات در بهبود موتور نیوکامن، خود را نشان دادند. او به این نتیجه رسید که بخار را باید در محفظه‌ای جدا از پیستون به مایع تبدیل کرد. به‌علاوه، ژاکتی عایق برای سیلندر تهیه شد تا گرمای آن در همان حد گرمای زمان تزریق بخار باقی بماند. بنابراین، سیلندر انرژی کمی در هر چرخه را جذب و اکثر آن را برای انجام کار مفید موتور استفاده می‌کرد. در همان سال، وات اولین نمونه‌ی کاربردی از تحقیقاتش را تولید کرد.
باوجود آنکه وات اولین نمونه‌های کاربردی در موتور خود را عرضه کرده بود، ساخت مدلی کامل با ابعاد واقعی از آن، هنوز دشواری‌های خاص خود را داشت. ساخت مدل واقعی بیش از هرچیز به سرمایه نیاز داشت. بخش زیادی از سرمایه‌های اولیه را جوزف بلک تأمین کرد. جان روباک، بنیان‌گذار شرکت مشهور کارون، در آن سال‌ها بخش دیگری از هزینه‌ها را برعهده گرفت.
یکی از مشکلات اصلی ساخت موتور وات، ماشین‌کاری پیستون و سیلندر آن بود. فعالان صنعتی آن سال‌ها کمتر مهندسی مکانیک می‌دانستند و به‌نوعی هنوز آهنگر محسوب می‌شدند. توانایی آن‌ها در تولید قطعات با ریزه‌کاری زیاد کم بود. درکنار همه‌ی این‌ها، وات تلاش زیادی کرد طراحی خود را به‌صورت پتنت ثبت کند و سرمایه‌ی زیادی نیز در آن بخش هزینه شد. درنهایت، او که بازهم برای کاربردی‌کردن طرح‌هایش به سرمایه نیاز داشت، ۸ سال شغل‌های متعددی از نقشه‌برداری تا مهندسی سازه را انجام داد.
درنهایت در سال ۱۷۷۵، پتنتی برای طراحی و تولید موتور وات کسب شد که تا سال ۱۸۰۰، به او و گروهش تعلق داشت. در آن زمان، روباک ورشکست شد و متیو بولتن امتیاز استفاده از پتنت وات را دراختیار گرفت. بولتن بنیان‌گذار کارخانه‌ی سوهو بود و بعدها، به شریک اصلی وات تبدیل شد.
وات با همکاری بولتن با بهترین صنعتگران آن سال‌ها در جهان آشنا شد. جان ویلیکنسون صنعتگری بود که مسئله‌ی ساخت سیلندری بزرگ با پیستونی با ابعاد دقیق را حل کرد. او قبلا روش‌های تولید دقیق با استفاده از ابزارهای بورینگ را برای ساخت توپ‌های نظامی در برشام توسعه داده بود. پس از این موفقیت‌ها، همکاری وات و بولتن وارد مرحله‌ی رسمی‌تر شد و با تأسیس شرکت بولتن و وات (Boulton and Watt)، ۲۵ سال ادامه پیدا کرد.
در سال ۱۷۷۶، اولین نمونه‌های تجاری موتور بخار وات نصب شدند. این موتورها برای پمپاژکردن آب با ایجاد حرکت رفت‌وبرگشتی شافت‌های پمپ استفاده می‌شدند. وات تا ۵ سال پس از نصب اولین موتور، درگیر ساخت و اجرای نمونه‌های دیگر برای مشتریان بود که عموما معدن‌های منطقه‌ی کارنوال بودند.
شرکت بولتن و وات ابتدا فقط امتیاز ساخت موتورها را به دیگر تولیدکنندگان می‌داد
موتورهای اولیه‌ی بخار را شرکت بولتن و وات نمی‌ساختند. آن‌ها محصولاتی بودند که براساس طراحی‌های وات شرکت‌های دیگر می‌ساختند و به بازار عرضه می‌کردند. در آن زمان، جیمز نقش مهندس مشاور را در شرکت ایفا می‌کرد. ساخت و اجرا و آزمایش اولیه‌ی موتورها را وات کنترل می‌کرد و سپس، به‌مرور برعهده‌ی دیگر کارمندان شرکت قرار گرفت.
محصولاتی که به‌عنوان اولین نمونه‌های کاربردی موتور بخار وات عرضه می‌شدند، ابعاد بسیار بزرگی داشتند. قطر پیستون برخی از آن‌ها به ۱.۲ متر می‌رسید و ارتفاع آن‌ها بیش از ۷ متر بود. برای نگه‌داری و استفاده از آن موتورها باید ساختمانی اختصاصی ساخته می‌شد. هزینه‌ای که شرکت بولتن و وات برای موتورها دریافت می‌کرد، کارمزدی سالانه برابر با یک‌سوم هزینه‌ی زغال‌سنگی بود که با استفاده از موتورهای آن‌ها به‌جای موتور نیوکامن صرفه‌جویی می‌شد.
در سال‌های بعد، بولتن وات را تشویق کرد تا کاربردهای موتورش را افزایش دهد. یکی از موارد بهبود کارایی، تبدیل خروجی‌های خطی موتور به دوّار بود که بعدها، در صنایعی همچون سنگ‌زنی و نساجی و فرزکاری به‌کار گرفته شد. اجرای طرح جدید به مکانیزمی نیاز داشت که پتنتش به‌نام جیمز پیکارد بود. پیکارد پیشنهاد تبادل پتنت را به بولتن و وات ارائه کرد؛ اما وات با ردکردن پیشنهاد او، در سال ۱۷۸۱ طرحی را به‌صورت چرخ خورشیدی عرضه کرد.
پس از نهایی‌شدن طرح چرخ خورشیدی، ۶ سالِ بعد تحقیقات و فعالیت‌های جیمز وات به بهبود موتورهای بخار تعلق گرفت. یکی از پیشرفت‌ها موتور دوکاره‌ای بود که بخار در آن در دو سوی پیستون استفاده می‌شد. طرح دیگر به استفاده از بخار با فشارهایی بسیار بیشتر از فشار اتمسفر مربوط بود. در نمونه‌ای دیگر، موتوری ترکیبی ارائه شد که از کنارهم قرارگرفتن چند موتور بخار برای افزایش کارایی و قدرت استفاده می‌کرد.
وات برای طرح‌های جدیدی که درزمینه‌ی موتور بخار ارائه کرد، پتنت‌های دیگری به‌نام خود ثبت کرد. او، طرح‌هایی نیز برای بهبود ساخت و نصب موتور خود ارائه داد. یکی از طرح‌های مهم او در آن زمینه، نشانگر بخار بود که در استفاده از موتور کارایی زیادی داشت. او این طرح را به‌صورت راز تجاری در شرکتش حفظ کرد. علاوه‌بر طرح‌های مذکور، طرح حرکت موازی و شیر کنترل توان موتور و سیستم کنترل‌کننده (گاورنر) سانتریفیوژی از دستاوردهای بعدی وات در حوزه‌ی موتورهای بخار بودند.
اجرای نوآوری‌های جدید وات در موتور بخار به ساخت موتوری با بازدهی ۵ برابر درمقایسه‌با طرح نیوکامن منجر شد. تنها مشکل موجود، اجرای موتورهای با فشار زیاد بود که به‌‌دلیل توسعه‌ی کم فرایندهای تولید و امنیت، وات ساخت آن‌ها را محدود کرد و اکثر محصولاتش با فشارهایی نزدیک به فشار اتمسفر تولید می‌شدند.
مشکلات پتنتی
در سال‌های فعالیت وات و شریکش در صنعت، مشکلات متعددی در حوزه‌ی سوءاستفاده از پتنت موتور بخار برای آن‌ها ایجاد شد. به‌عنوان مثال، ادوارد بول یکی از سازندگان موتور وات بود که از سال ۱۷۸۱ و در کورنوال، محصولاتی براساس طراحی‌های او می‌ساخت. از سال ۱۷۹۲، وی ساخت موتور براساس طرح‌هایش را شروع کرد که البته از محفظه‌ی میعان جداگانه شبیه به طرح‌های وات استفاده می‌کرد.
تولیدکنندگان موتورها به‌مرور پتنت جیمز وات را نقض کردند
برادران هارن‌بلوور صنعتگران دیگری بودند که موتورهایی شبیه به موتور وات تولید می‌کردند. درمجموع، تولیدکنندگان متعددی با استفاده از طرح‌های شبیه به موتور وات، محصولاتشان را به مشتریان عرضه می‌کردند. درنهایت، مشتریان بولتن و وات به این نتیجه رسیدند که الزامی برای حفظ قرارداد با آن شرکت ندارند و می‌توانند از طرح‌های دیگران استفاده کنند. تا سال ۱۷۹۵، پرداخت کارمزدها به‌مرور با کاهش روبه‌رو شد و درنهایت، ۲۱،۰۰۰ پوند بدهی (برابر با حدود ۲،۱۳۰،۰۰۰ پوند کنونی) به شرکت بولتن و وات باقی ماند که تنها ۲،۵۰۰ پوند پرداخت شد. این خسارت‌ها و نقض قرارداد، وات را مجبور کرد به دادگاه شکایت کند.
شکایت‌های وات از طرفین قرارداد و از همه مهم‌تر، ناقضان حقوق پتنت چند سال زمان و هزینه‌های مالی همراه داشت. البته، اغلب شکایت‌ها به‌سود او به‌پایان رسید و جریمه‌های چشمگیری نیز از افراد مختلف دریافت شد. برخی از ناقضان، کارمندانی بودند که حتی طرح‌های نوآور در شرکت بولتن و وات ارائه کردند. به‌هرحال، با آنکه بولتن و وات نتوانستند تمام طلبشان را دریافت کنند، شکایت‌های آن سال‌ها درنهایت برای شرکتشان مفید بود.
اختراع‌ها و یافته‌های دیگر
جیمز وات که پس از سال‌ها فعالیت‌های مختلف در صنعت و دانشگاه تجربه‌های ارزشمندی کسب کرده بود، ایده‌هایش را به‌مرور در حوزه‌های دیگر نیز به‌کار گرفت. او علاوه‌بر موتور بخار، چند دستگاه دیگر نیز تولید کرد که البته، هیچ‌گاه به موفقیت اختراع اول نرسیدند. شایان ذکر است در فرایند طراحی و بهبود موتور بخار نیز، یافته‌هایی ریاضیاتی وات معرفی شدند که بعدها در صنایع مختلف استفاده شدند.
یکی از یافته‌های مهم وات در فرایند بهبود ماشین بخار، به «پیوند وات» (Watt’s Linkage) مشهور شد. در این اتصال، نقطه‌ی مرکزی به‌نوعی محدود می‌شود که فقط توانایی حرکت در خطی مستقیم را داشته باشد. پیوند وات ابتدا در پتنت مخصوص ماشین بخارش معرفی شد؛ اما در سال‌های بعد و حتی در طراحی کنونی سیستم‌های تعلیق وسایل نقلیه، کاربرد زیادی پیدا کرد. علاوه‌بر آن پیوند، مفهومی به‌نام منحنی وات نیز در ریاضیات معرفی شد که به‌نوعی از یافته‌های وات در طراحی سیستم‌های انتقال حرکت موتورش استخراج شده بود.
در فرایند بهبود موتور بخار، چند مفهوم طراحی و ریاضی جدید نیز کشف شد
درباره‌ی روند جیمز وات در کشف قدرت بخار، داستانی افسانه‌ای وجود دارد که کشف او را به مشاهده در کتری در‌حال‌جوش مرتبط می‌کند. این داستان به اشکال گوناگونی روایت شده است. در برخی از آن‌ها، وات کودک یا نوجوان و در برخی دیگر، بالغ و بزرگ‌سال است. به‌هرحال، اکنون می‌دانیم وات ماشین بخار را اختراع نکرد و تنها نسخه‌ی موجود را بهبود بخشید. اختمال قوی آن است که پسرش، یعنی جیمز وات جونیور، این داستان را به‌خاطر آسان‌بودن درکش برای کودکان و نوجوانان شکل داده باشد. البته، اگرچه اصل داستان غیرواقعی به‌نظر می‌رسد، وات در تجربیات آزمایشگاهی‌اش برای ساخت بخار و آزمایش قدرت آن، قطعا از کتری به‌عنوان مخزن جوش استفاده کرده است.
نقشه‌ی ماشین بخار وات
دستگاه کپی
پیش از سال ۱۷۸۰، هیچ روش مناسبی برای کپی‌کردن اسنادی همچون نامه‌ها یا نقاشی‌ها وجود نداشت. یکی از روش‌های مرسوم در آن زمان، طرحی مکانیکی بود که از چند قلم متصل به‌هم استفاده می‌کرد. وات ابتدا سعی کرد این روش را بهبود ببخشد؛ اما پس از مدتی، به‌‌دلیل مشکلات و پیچیدگی‌های متعدد آن را کنار گذاشت.
وات پس از ناکامی در پیشرفت طرح موجود برای کپی، انتقال فیزیکی جوهر از روی سند اصلی به پشت سند کپی را امتحان کرد. او برگه‌ی کپی را با استفاده از حلّال مرطوب می‌کرد و آن را روی سند اصلی فشار می‌داد. کاغذ دوم بسیار نازک انتخاب می‌شد تا طرح اصلی از پشت آن دیده شود؛ بنابراین، بتوان طرح را کپی کرد.
وات توسعه‌ی روش جدید کپی خود را در سال ۱۷۷۹ شروع کرد و آزمایش‌های تجربی متعددی برای کشف فرمول بهینه‌ی جوهر، انتخاب کاغذ نازک مناسب، کشف بهترین روش برای مرطوب‌کردن کاغذ نازک و ساخت پرسی برای ایجاد فشار بهینه روی کاغذها انجام داد. اجرای تمام این موارد، نیازمند آزمایش‌های متعدد بود؛ اما وات موفق شد یک سال پس از شروع کار، پتنتی برای روش جدیدش ثبت کند.
ساخت دستگاه طبق پتنت جدید، نیازمند جذب سرمایه بود که وات با عقد قرارداد همکاری مجدد با بولتن، آن را تأمین کرد. دیگر همکار آن‌ها جیمز کِر (James Keir) بود که مدیریت کسب‌وکار جدید را برعهده گرفت. شرکت تولید دستگاه‌های کپی با نام James Watt and Co ثبت شد. بهبود طرح دستگاه کپی برای ساخت ماشینی کاربردی، به زمان و هزینه‌های بیشتری احتیاج داشت. سرانجام در سال ۱۷۹۴، وات و بولتن سهم خود را از شرکت به پسرانشان واگذار کردند و به‌نوعی از ادامه‌ی روند پیشرفت خارج شدند. دستگاه آن‌ها به موفقیت تجاری مناسبی رسید و حتی تا قرن بیستم، در بسیاری از دفتر‌ها و شرکت‌ها به‌کار گرفته شد.
آزمایش‌های شیمی
جیمز وات از کودکی به شیمی علاقه داشت. در سال ۱۷۸۶ و در سفری به پاریس، آزمایشی از کلود لویی برتوله را مشاهده کرد که با استفاده از اسید هیدروکلریک و منگنز دی‌اکسید، کلر تولید می‌کرد. او قبلا به این نتیجه رسیده بود که محلولی آبی از کلر، توانایی سفیدکنندگی پارچه را دارد. او یافته‌های خود را منتشر کرده بود که توجه بسیاری از رقبای علمی را به‌خود جلب کرد.
آن‌هایی که وات را مخترع تجربی می‌دانند، شناخت دقیقی از شخصیت و دانش او ندارند
پس از بازگشت به بریتانیا، جیمز وات آزمایش‌هایی برای طرح‌هایی به‌منظور تجاری‌سازی فرایند ساخت کلر شروع کرد. او به این نتیجه رسید که ترکیب‌کردن نمک و منگنز دی‌اکسید و اسید سولفوریک، به ساخت کلر منجر می‌شود. وات اعتقاد داشت این روش ارزان‌تر از راهکارهای دیگر است. او پس از ساخت کلر، آن را با محلول قلیایی دیگری ترکیب کرد و توانست سفیدکنندهی مناسبی برای پارچه بسازد. او روش خود را فقط با پدر همسرش، یعنی جیمز مک‌گرگور، در میان گذاشت که یکی از فعالان همین صنعت در گلاسکو بود.
وات با همکاری مک‌گرگور و آنی، همسر خودش، مقیاس‌دهی فرایند تولید کلر را آغاز کرد. کارهای آن‌ها از مارس۱۷۸۸ شروع شد و مک‌گرگور با استفاده از آن، پیشرفت‌های سریعی در کسب‌وکارش به‌دست آورد. برتوله در همان سال‌ها فرایند شیمیایی نمک و اسید سولفوریک را کشف و نتایج تحقیقات خود را برای استفاده‌ی عموم منتشر کرد. پس‌از‌آن، بسیاری از فعالان صنعت شروع به استفاده و بهبود فرایندهای شیمیایی کردند و به‌مرور، اشکالات آن نیز رفع شد.
پس از عمومی‌شدن یافته‌های علمی تولید سفیدکنندهی پارچه، رقبای وات به‌سرعت جایش را در صنعت مذکور گرفتند. پس از مدتی، او به‌نوعی از رقابت خارج شد و درنهایت در سال ۱۷۹۹، چارلز تنانت روشی برای تولید پودرهای سفیدکنندهی لباس معرفی کرد که به موفقیت‌های تجاری زیادی رسید.
یکی دیگر از پروژه‌های شیمیایی که وات با آن درگیر بود، طبق درخواست توماس بدوس شروع شد که هدفش، ساخت ماشینی برای تولید و پاک‌سازی و ذخیره‌سازی گازهای موردنیاز مؤسسه‌ی تحقیقات نیوماتیک در بریستول بود که البته به موفقیت آن‌چنانی نرسید.
نقش مهم در انقلاب صنعتی
جیمز وات از درک علوم نظری و توانایی تبدیل آن به محصولات کاربردی برخوردار بود. همفری دیوی درباره‌ی او می‌گوید:
آن‌هایی که جیمز وات را فقط به‌عنوان مکانیک تجربی می‌شناسند، هیچ شناختی از شخصیت او ندارند. او فیلسوف علوم طبیعی و شیمی شناخته می‌شود. اختراع‌های وات نشان‌دهنده‌ی اطلاعات و مهارت فراوان او از علوم فوق است. به‌علاوه، اختراع‌ها نمادی از نبوغ فراوان وی در تبدیل دانش و ایده‌ها به محصولاتی کاربردی هستند.
اکثر پیش‌گامان انقلاب صنعتی جیمز وات را تحسین کردند. او یکی از اعضای مهم و تأثیرگذار «انجمن قمری بیرمنگام» بود. او علاقه‌ی شدیدی به گسترش مرزهای علمی و تحقیقاتی‌اش داشت. به‌علاوه، وات ارتباطی سازنده و طولانی‌مدت نیز با دوستان و آشنایان خود داشت و به‌عنوان شخصی محبوب در میان آن‌ها شناخته می‌شد.
کارخانه‌ی سوهو که به بولتن و وات تعلق داشت، نقش مهمی در انقلاب صنعتی ایفا کرد
کارخانه‌ی ریخته‌گری سوهو (Soho) نقش مهمی در پیشبرد اهداف تولیدی وات و شریکش ایفا کرد که بعدها، به یکی از بازیگران اصلی انقلاب صنعتی تبدیل شد. در ابتدا، آن‌ها فقط طرح‌های دستگاه‌ها را آماده می‌کردند و هیچ‌یک از قطعات را تولید نمی‌کردند. در آن زمان، وات در منزلش کار می‌کرد و بولتن بیشتر در کارخانه‌ی سوهو بود. پس از مدتی، آن‌ها به‌مرور ساخت قطعات مختلف موتور بخار را شروع و در سال ۱۷۹۵، زمینی در نزدیکی کارخانه‌ی قبلی خریدند. در سال ۱۷۹۶، کارخانه‌ی سوهو سرانجام تأسیس شد و پسران وات، یعنی گرگوری و جیمز جونیور، اکثر کارهای مدیریتی آن را برعهده داشتند. آن کارخانه به‌قدری پیشرفت کرد که در سال ۱۸۰۰ و بازنشستگی وات، حدود ۴۱ موتور تولید کرده بود.
سال‌های پایانی و مرگ
یکی از ویژگی‌های مهم و جالب‌توجه شخصیت وات تلاش‌های او برای هرچه‌بیشتر کاربردی‌کردن تحقیقات و مطالعات است. در زمان کار در کارنوال، او نامه‌های متعددی به‌صورت هفتگی برای شریکش بولتن می‌فرستاد و گزارش کاملی نیز از پیشرفت روندهای کاری می‌داد. وات ترجیج می‌داد یافته‌هایش را هرچه‌بیشتر مستند و پتنت‌هایی برای آن‌ها ثبت کند. مهارت او در نقشه‌کشی و اجرای ایده‌ها، در ثبت‌کردن آن‌ها بسیار مفید بود.
وات برخلاف مهارت فراوان در علم و اختراع، تاجر موفقی نبود؛ به‌ویژه درزمینه‌ی قراردادها و فرایندهای تجاری. مخترع ماشین بخار وات برای اهدای امتیاز تولید محصولش به‌سختی با دیگران به‌توافق می‌رسید. او یک‌بار گفته بود ترجیح می‌دهد با لوله‌ی توپ جنگی پر روبه‌رو شود تا بخواهد برای رسیدن به توافق در قرارداد تلاش کند. در اکثر سال‌های زندگی، وات نگران مسائل مالی بود. روند سلامت او نیز اکثرا نامناسب بود و انواع بیماری‌ها را تجربه می‌کرد.
وات با وجود استعداد فراوان و خلاقیت، در تجارت افتضاح بود
در سال ۱۸۰۰، جیمز وات از فعالیت‌های تحقیقاتی و کاری بازنشسته شد. در همان سال، حق پتنت و شراکت او نیز با بولتن پایان یافت و به پسران آن‌ها رسید. ویلیام مورداک، یکی از مهندسان قدیمی شرکت بولتن و وات، پس از بازنشستگی آن دو اسطوره، به بازیگری جدی در شرکت تبدیل شد.
وات پس از بازنشستگی از شرکت، در منزلش کارگاهی کوچک تأسیس کرد و مشغول اختراع‌های متعدد شد. او دستگاهی برای کپی مجسمه و مدال نیز تولید کرد که البته پتنتی برایش ثبت نشد. اولین مجسمه‌ی او نمایی از دوستش، یعنی آدام اسمیث بود. در سال‌های پایانی عمر، وات علاقه‌ی خود به صنعت ساخت‌وساز را نیز حفظ کرد و در پروژه‌های متعدد، به‌عنوان مشاور مشغول به‌کار بود.
پدر انقلاب صنعتی اول در سال‌های پایانی زندگی، در اروپا همراه‌با همسرش، آنی سفر می‌کرد. او خانه‌ای نیز در ولز خرید و بازسازی کرد. در ۲۵اوت۱۸۱۹، جیمز وات در خانه‌اش در هث‌فیلد از دنیا رفت و در حیاط کلیسای سنت‌مری هندزورث به‌خاک سپرده شد.
مجسمه‌ی جیمز وات
جایزه‌ها و افتخارها و یادگارها
وات در زمان حیاتش، جایزه‌ها و افتخارهای متعددی از مؤسسه‌های معتبر جهانی دریافت کرد. در سال ۱۷۸۴، او عضو آکادمی سلطنتی علوم ادینبرگ و نیز عضوی از انجمن فلسفه‌ی تجربی باتاوین شد. همچنین در سال ۱۷۸۹، عضو انجمن مهندسان ساخت‌وساز اسمیث‌سونین شد. در سال ۱۸۰۶، دکتری افتخاری حقوق از دانشگاه گلاسکو به او اهدا شد. در سال ۱۸۱۴، آکادمی علوم فرانسه نیز وات را به‌عنوان یکی از اعضای خارجی‌اش پذیرفت.
یکی از یادگارهای مهمی که به‌نام جیمز وات ثبت شد، واحد توان در سیستم استاندارد یکاها (SI) است. این افتخار به‌خاطر نقش مهم این مخترع اسکاتلندی در توسعه‌ی موتور بخار به او اهدا شد. از دیگر افتخارهای او نیز می‌توان به چاپ تصویرش به‌همراه بولتن روی اسکناس ۵۰ پوندی در سال ۲۰۰۹ اشاره کرد.
کارگاهی که جیمز وات از آن زمان به‌بعد، بازدیدهای متعددی از آن کارگاه شد؛ اما جزئیات آن دست‌نخورده باقی ماند. در سال ۱۹۲۴، خانه‌ی وات تخریب و قطعات و تجهیزات اتاقش نیز به موزه‌ی علوم لندن اهدا شد.
محل حدودی تولد جیمز وات در گریناک، میزبان مجسمه‌ای از او شد. به‌علاوه، خیابان‌ها و مکان‌های متعددی به‌نام او در آن منطقه ثبت شده‌اند. یکی از مکان‌های مهم، کتابخانه‌ی علمی جیمز وات بود که ابتدا خودش با اهدای کتاب تأسیسش کرد و در سال‌های بعد، بخشی از مؤسسه‌ی علمی او به‌نام کالج جیمز وات (James Watt College) شد.
مرتبط:
کشف راز انقراض کرگدن های پشمالو
