Biografi James Watt, Penemu Mesin Uap Modern

James Watt (19 Januari 1736 – 25 Agustus 1819) adalah seorang penemu, insinyur, dan ahli kimia Skotlandia. Dia mengembangkan yang bisa diterapkan mesin uap yang menggunakan kondensor terpisah; inovasi ini menjadikan mesin uap alat yang berguna untuk berbagai macam kegunaan. Dalam banyak hal, penemuan Watt — atau lebih tepatnya, peningkatannya pada penemuan sebelumnya, mesin uap Newcomen — adalah dorongan teknologi di balik Revolusi industri.

Fakta Menarik: James Watt

James Watt lahir pada 19 Januari 1736, di Greenock, Skotlandia, sebagai anak tunggal dari empat James Watt (1699-1737) dan Agnes Muirhead (1901–1754). Greenock adalah desa nelayan yang selama hidup Watt menjadi kota yang sibuk dengan armada kapal uap. Kakek James Jr. Thomas Watt (1642-1734) adalah seorang ahli matematika terkenal dan kepala sekolah setempat. James Sr. adalah warga negara terkemuka Greenock dan seorang tukang kayu yang sukses dan kandil kapal yang bekerja di perlengkapan kapal dan mengerjakan instrumen, kompas, dan kuadran. Di berbagai waktu, James Sr. juga adalah hakim kepala dan bendahara kota.

James Watt cerdas, tetapi karena kesehatannya yang buruk ia tidak dapat bersekolah secara teratur. Sebaliknya, ia memperoleh keterampilan yang nantinya dibutuhkan teknik dan perkakas dengan bekerja sama dengan ayahnya dalam proyek pertukangan. Pada usia 6, James Watt sedang memecahkan masalah geometris dan melakukan penyelidikan awal tentang sifat uap, yang melibatkan percobaan dengan ketel teh ibunya. Di masa kanak-kanak, Watt adalah pembaca yang rajin dan menemukan sesuatu yang menarik baginya di setiap buku yang ada di tangannya.

Ketika Watt akhirnya dikirim ke sekolah desa, kesehatannya yang buruk menghambat kemajuan pesatnya; hanya ketika ia berusia 13 atau 14 tahun ia mulai menunjukkan kemampuannya, khususnya dalam matematika. Waktu luangnya dihabiskan untuk membuat sketsa dengan pensil, ukiran, dan bekerja di bangku alat dengan kayu dan logam. Dia membuat banyak karya mekanik yang cerdik dan beberapa model yang indah, dan menikmati memperbaiki instrumen bahari.

Setelah ibunya meninggal pada 1754, Watt yang berusia 18 tahun dikirim ke Glasgow untuk berlatih sebagai pedagang bersama pamannya, John Muirhead. Salah satu kerabat ibunya adalah ketua departemen Bahasa dan Humaniora Oriental di Glasgow College, dan Watt menjadi anggota masyarakat sastra di sana. Dia juga bertemu dengan para sarjana lain di Glasgow yang akan terbukti berpengaruh dan mendukung kariernya: Robert Dick, profesor filsafat alam, Robert Simpson dalam matematika, dan William Cullen dalam kedokteran dan kimia.

Itu Dick yang menyarankan agar Watt pergi ke London untuk mendapatkan pelatihan sebagai pembuat instrumen matematika. Dengan surat pengantar, Watt berangkat ke London pada 1755 dan mulai bekerja dengan pembuat instrumen John Morgan. Watt tidak secara resmi magang, tetapi ia mengerjakan instrumentasi mekanik: Morgan mengira ia berbakat tetapi terlalu lama untuk menyelesaikan pekerjaannya. Pekerjaan dengan Morgan berakhir pada Juni 1756 dan Dick memberinya posisi jangka pendek untuk bekerja pada jam astronomi, mencerminkan teleskop, dan instrumen transit. Watt kembali ke Greenock pada akhir tahun, tetapi ia segera kembali ke Glasgow di mana ia memulai bisnis kecil dalam pembuatan kuadran. Dia diangkat sebagai pembuat instrumen matematika di Glasgow College, didukung oleh pengganti Dick John Anderson, dan oleh pengganti dan kimiawan Cullen Joseph Black (1728–1799). Hitam terkenal karena karyanya pada pemanasan laten dan spesifik dan untuk penemuan karbon dioksida, dan ia menjadi pendukung setia Watt.

Pada 1759, John Robison, seorang siswa di Glasgow, menunjukkan Watt model Mesin uap pendatang baru dan menyarankan itu mungkin digunakan untuk mendorong kereta. The Newcomen diciptakan dan dipatenkan pada tahun 1703 oleh Thomas Newcomen (1664-1729), dan Watt mulai membangun model miniatur menggunakan silinder uap timah dan piston yang terpasang pada roda penggerak oleh sistem roda gigi. Dalam eksperimennya sendiri, dia menggunakan, pada awalnya, percobaan apoteker dan tongkat berongga untuk reservoir uap dan pipa, dan kemudian digester Papin dan jarum suntik umum. Kombinasi terakhir membuat mesin nonkondensasi, di mana ia menggunakan uap pada tekanan 15 pound per inci persegi. Katup itu bekerja dengan tangan, dan James Watt melihat bahwa gear katup otomatis diperlukan untuk membuat mesin yang berfungsi. Namun, percobaan ini tidak membuahkan hasil praktis dan selama beberapa tahun berikutnya, ia meninggalkan penelitian ini.

Watt tetap bersama perguruan tinggi sampai tahun 1760-an, ketika ia menjalin kemitraan dengan seorang pedagang bernama John Craig, sebagian dibiayai dengan Black. Salah satu usaha mereka adalah memproduksi alkali dari garam — pada abad ke-18, alkali hanya dapat diproduksi dari tanaman. Craig dan Watt adalah salah satu dari beberapa orang yang mencari cara untuk membuatnya secara kimia, upaya yang tidak tercapai sampai 1820. Watt dan Craig juga mengerjakan kiln tembikar dan glasir untuk membuat delftware berlapis timah.

Pada 1764, Watt menikahi Margaret Millar, yang dikenal sebagai Peggy, sepupu yang dikenalnya sejak mereka masih anak-anak. Mereka akan memiliki lima anak, hanya dua yang hidup sampai dewasa: Margaret, lahir pada 1767, dan James III, lahir pada 1769, yang sebagai orang dewasa akan menjadi pendukung utama dan mitra bisnis ayahnya.

Selama musim dingin 1763-1764, John Anderson di Glasgow meminta Watt untuk memperbaiki model mesin Newcomen. Dia bisa menjalankannya, tetapi dia ingin tahu mengapa mesin itu mengkonsumsi begitu banyak uap dan air kondensasi. Watt mulai mempelajari sejarah mesin uap dan melakukan penelitian eksperimental tentang sifat-sifat uap.

Model mesin uap Newcomen memiliki boiler yang dibuat untuk skala dan tidak mampu memberikan cukup uap untuk menyalakan mesin. Itu sekitar sembilan inci diameter; silinder uap berdiameter dua inci dan memiliki piston stroke enam inci. Watt membuat boiler baru yang bisa mengukur kuantitas air yang diuapkan dan uap mengembun di setiap langkah mesin.

Watt segera menemukan bahwa mesin itu membutuhkan jumlah uap yang sangat kecil untuk memanaskan sejumlah besar air. Dia segera mulai menentukan dengan presisi bobot relatif uap dan air di dalam silinder uap ketika kondensasi terjadi pada ujung bawah mesin. James Watt secara independen membuktikan keberadaan "panas laten, "yang telah ditemukan oleh mentor dan pendukungnya Joseph Black. Watt pergi ke Black dengan penelitiannya, yang membagikan ilmunya dengan Watt. Watt menemukan itu, di titik didih, uap kondensasinya mampu memanaskan enam kali berat air yang digunakan untuk memproduksi kondensasi.

Menyadari bahwa berat uap untuk berat adalah penyerap dan reservoir panas yang jauh lebih besar daripada air, Watt melihat pentingnya mengambil lebih hati-hati untuk menghemat daripada sebelumnya berusaha. Pada awalnya, ia menghemat di boiler dan membuat boiler dengan "cangkang" kayu untuk mencegah kerugian konduksi dan radiasi. Dia juga menggunakan lebih banyak cerobong asap daripada Newcomen untuk mengamankan penyerapan panas yang lebih lengkap dari gas tungku. Dia juga menutupi pipa uapnya dengan bahan non-konduktor dan mengambil setiap tindakan pencegahan untuk mengamankan pemanfaatan panas sepenuhnya pembakaran.

Dia segera menemukan bahwa sumber kehilangan panas di mesin Newcomen adalah:

• Pembuangan panas oleh silinder itu sendiri, yang terbuat dari kuningan dan merupakan konduktor yang baik dan radiator yang baik.
• Hilangnya panas akibat perlunya pendinginan silinder di setiap langkah dalam memproduksi kekosongan.
• Hilangnya tenaga karena tekanan uap di bawah piston, yang merupakan konsekuensi dari metode kondensasi yang tidak sempurna.

Upaya pertamanya pada silinder bahan non-konduksi terbuat dari kayu yang direndam dalam minyak dan kemudian dipanggang, yang memang meningkatkan ekonomi uap. Dia kemudian melakukan serangkaian percobaan yang sangat akurat pada suhu dan tekanan uap dengan mengukur jumlah uap yang digunakan pada setiap langkah mesin. Dia mampu mengkonfirmasi kesimpulan sebelumnya bahwa tiga perempat dari panas yang disuplai ke mesin terbuang sia-sia.

Setelah penyelidikan ilmiahnya, James Watt bekerja pada peningkatan mesin uap dengan pemahaman yang cerdas tentang cacat yang ada dan pengetahuan tentang penyebabnya. Watt segera melihat bahwa untuk mengurangi kerugian dalam pengerjaan uap dalam silinder uap, akan diperlukan untuk menemukan cara untuk terus menjaga silinder panas seperti uap yang masuk Itu.

Menurut James Watt: "Gagasan muncul dalam pikiran saya bahwa, karena uap adalah tubuh yang elastis, itu akan tergesa-gesa ke dalam ruang hampa, dan, jika komunikasi dibuat antara silinder dan bejana yang habis, ia akan tergesa-gesa ke dalamnya, dan mungkin ada di sana kental tanpa pendinginan silinder. Saya kemudian melihat bahwa saya harus menyingkirkan uap kental dan air injeksi jika saya menggunakan jet, seperti pada mesin Newcomen. Dua cara melakukan hal ini terjadi pada saya: Pertama, air mungkin mengalir oleh pipa yang turun, jika sebuah jet lepas dapat mencapai kedalaman 35 atau 36 kaki, dan udara apa pun dapat diekstraksi dengan pompa kecil. Yang kedua adalah, untuk membuat pompa cukup besar untuk mengekstrak air dan udara. "

Dia melanjutkan, "Ketika dianalisis, penemuan ini tidak akan tampak sehebat yang terlihat. Dalam keadaan di mana saya menemukan mesin uap, tidak ada usaha besar pikiran untuk mengamati bahwa jumlah bahan bakar yang diperlukan untuk membuatnya berfungsi selamanya akan mencegah utilitasnya yang luas. Langkah selanjutnya dalam kemajuan saya sama mudahnya — untuk menanyakan apa penyebab konsumsi bahan bakar yang besar. Ini, juga, mudah disarankan, yaitu, pemborosan bahan bakar yang diperlukan untuk membawa seluruh silinder, piston, dan bagian yang berdekatan dari dinginnya air sampai panasnya uap, tidak kurang dari 15 hingga 20 kali dalam satu menit. "

James Watt telah menciptakan kondensor terpisah yang sangat penting. Dia melanjutkan untuk membuat tes eksperimental penemuan barunya. Model kecilnya bekerja dengan sangat baik, dan kesempurnaan ruang hampernya sedemikian rupa sehingga mesin itu mengangkat beban seberat 18 pon yang ditangguhkan dari batang piston. Dia kemudian membangun model yang lebih besar, dan hasil pengujiannya mengkonfirmasi hasil percobaan pertamanya.

Butuh bertahun-tahun bagi Watt untuk mengetahui detail mesin uap baru. Pertama-tama, Watt harus menemukan cara untuk mencegah kondensor terisi air. Dia mencoba beberapa pendekatan, termasuk pompa udara, yang menghilangkan kondensor air dan udara yang terkumpul di kondensor dan mengurangi ruang hampa udara. Dia selanjutnya mengganti oli dan lemak untuk air yang digunakan untuk melumasi piston, menjaga uap tetap kencang dan mencegah pendinginan silinder. Penyebab lain pendinginan silinder dan akibatnya pemborosan daya dalam operasinya adalah pintu masuk udara, yang mengikuti piston menuruni silinder pada setiap langkah, mendinginkan bagian dalamnya kontak. Penemu mencegah hal ini terjadi dengan menutupi bagian atas silinder dan mengelilingi seluruh silinder dengan eksternal casing, atau "jaket uap," yang memungkinkan uap dari boiler melewati silinder uap dan menekan pada permukaan atas piston.

Setelah membangun mesin eksperimental yang lebih besar, Watt menyewa sebuah kamar di sebuah pondok tua yang sepi. Di sana, ia bekerja dengan mekanik Folm Gardiner. Watt baru saja bertemu dengan John Roebuck, seorang dokter kaya, yang, dengan kapitalis Skotlandia lainnya, baru-baru ini mendirikan Carron Iron Works yang terkenal. Roebuck mulai mendukung upaya Watt secara finansial dan Watt sering menulis kepada Roebuck menggambarkan kemajuannya.

Pada Agustus 1765, ia mencoba mesin kecil dan menulis kepada Roebuck bahwa ia memiliki "kesuksesan yang baik," meskipun mesin itu sangat tidak sempurna, dan memberi tahu Roebuck bahwa ia mulai membuat model yang lebih besar. Pada Oktober 1765, ia menyelesaikan mesin uap besar. Mesin, sementara siap untuk diadili, masih jauh dari sempurna. Namun itu bekerja dengan baik untuk mesin yang kasar.

Sayangnya, pada 1765, James Watt berkurang menjadi miskin, dan, setelah meminjam banyak uang dari teman-teman, ia akhirnya harus mencari pekerjaan untuk memenuhi kebutuhan keluarganya. Selama rentang waktu sekitar dua tahun, ia mendukung dirinya sendiri sebagai insinyur sipil, mensurvei dan mengelola gedung beberapa kanal di Skotlandia dan menjelajahi ladang batu bara di lingkungan Glasgow untuk para hakim kota. Namun, dia tidak sepenuhnya menghentikan penemuannya.

Pada 1767, Roebuck mengasumsikan kewajiban Watt sebesar 1.000 pound Inggris dan setuju untuk menyediakan modal lebih banyak dengan imbalan dua pertiga paten Watt. Mesin lain dibangun dengan silinder uap berdiameter tujuh atau delapan inci, yang selesai pada 1768. Ini bekerja cukup baik untuk mendorong para mitra untuk meminta paten, dan spesifikasi dan gambar selesai dan disajikan pada tahun 1769.

Watt juga membangun dan mengatur beberapa mesin Newcomen, sebagian, mungkin, untuk membuat dirinya lebih akrab dengan detail praktis dari pembangunan mesin. Sementara itu, ia menyiapkan rencana untuk dan membangun mesin yang cukup besar dari tipe barunya sendiri. Silinder uapnya berdiameter 18 inci, dan stroke piston 5 kaki. Mesin ini dibangun di Kinneil dan selesai pada September 1769. Itu tidak semua memuaskan dalam konstruksi atau operasinya. Kondensor adalah kondensor permukaan yang terdiri dari pipa agak seperti yang digunakan dalam model kecil pertamanya dan tidak terbukti benar-benar ketat. Piston uap bocor dengan serius, dan percobaan berulang hanya berfungsi untuk membuat ketidaksempurnaannya lebih jelas. Dia dibantu dengan dukungan finansial dan moral oleh Joseph Black dan John Roebuck, tetapi dia merasakannya sangat tentang risiko yang ia lari melibatkan teman-temannya dalam kerugian serius dan menjadi sangat putus asa.

Menulis kepada Black, Watt berkata: "Dari semua hal dalam hidup, tidak ada yang lebih bodoh daripada menciptakan; dan mungkin mayoritas penemu telah dibawa ke pendapat yang sama oleh pengalaman mereka sendiri. "

Pada 1768, James Watt pergi ke London untuk mendapatkan patennya, dan dalam perjalanan dia bertemu dengan Matthew Boulton. Boulton adalah pemilik perusahaan manufaktur Birmingham yang dikenal sebagai Pabrik Soho, yang membuat barang-barang logam kecil. Dia telah mewarisi bisnis ayahnya dan membangunnya dengan pesat. Dia dan bisnisnya sangat terkenal dalam gerakan pencerahan Inggris abad ke-18.

Boulton adalah seorang sarjana yang baik, dengan pengetahuan bahasa dan sains yang cukup banyak — terutama matematika — meskipun telah meninggalkan sekolah ketika masih kecil untuk bekerja di toko ayahnya. Di toko, ia segera memperkenalkan sejumlah perbaikan yang berharga dan ia selalu mencari ide-ide lain yang mungkin diperkenalkan ke dalam bisnisnya.

Dia juga anggota yang terkenal Masyarakat Lunar Birmingham, sekelompok pria yang bertemu untuk membahas filsafat alam, teknik, dan pengembangan industri bersama: anggota lain termasuk penemu oksigen Joseph Priestley,Erasmus Darwin (kakek dari Charles Darwin), dan pembuat percobaan Yosia Wedgewood. Watt bergabung dengan grup setelah ia menjadi mitra Boulton.

Sebagai sarjana yang flamboyan dan energik, Boulton berkenalan dengannya Benjamin Franklin pada 1758, yang kemudian mengunjungi Soho. Pada 1766, orang-orang terkemuka ini bersesuaian, membahas antara lain penerapan daya uap untuk berbagai keperluan yang bermanfaat. Mereka merancang mesin uap baru dan Boulton membangun model, yang dikirim ke Franklin dan dipamerkan olehnya di London. Mereka belum menyadari keberadaan James Watt.

Ketika Boulton bertemu Watt pada 1768, ia menyukai mesinnya dan memutuskan untuk membeli minat pada paten. Dengan persetujuan Roebuck, Watt menawarkan bunga sepertiga kepada Boulton. Meskipun ada beberapa komplikasi, akhirnya Roebuck mengusulkan untuk mentransfer ke Matthew Boulton setengah dari kepemilikannya dalam penemuan Watt dengan jumlah 1.000 pound. Proposal ini diterima pada November 1769.

Pada November 1774, Watt akhirnya mengumumkan kepada rekan lamanya, Roebuck, bahwa ia telah melakukan uji coba mesin Kilmeil yang sukses. Dia tidak menulis dengan antusiasme dan pemborosan yang biasa; alih-alih, dia hanya menulis: "Mobil pemadam yang saya temukan sekarang sedang menyala, dan jawaban jauh lebih baik daripada yang lain yang pernah dibuat, dan saya berharap bahwa penemuan akan sangat bermanfaat bagi saya. "

Salah satu alasan kurangnya antusiasme adalah bahwa istrinya telah meninggal saat melahirkan tahun sebelumnya, pada bulan September 1773. Heartsick, Watt mengubur dirinya dalam pekerjaan. Dari pertengahan Februari 1774 dia bekerja pada termometer dan barometer. Dia mengakhiri bisnis teknik sipilnya di Skotlandia (sebagian karena krisis keuangan di Skotlandia) dan pada Mei dia melakukan perjalanan ke selatan ke Birmingham, di mana dia bergabung dengan Lunar Society. Pada 1775, ia menjalin kemitraan penuh waktu dengan Matthew Boulton.

Sejak saat itu, perusahaan Boulton dan Watt mampu menghasilkan berbagai mesin yang berfungsi dengan aplikasi dunia nyata. Inovasi dan paten baru dikeluarkan untuk mesin yang dapat digunakan untuk menggiling, menenun, dan menggiling. Mesin uap mulai digunakan untuk transportasi di darat dan air. Hampir setiap penemuan sukses dan penting yang menandai sejarah tenaga uap selama bertahun-tahun berasal dari lokakarya Boulton dan Watt.

Karya Watt dengan Boulton mengubahnya menjadi sosok perawakan internasional di antara para penulis surat. Patennya selama 25 tahun memberinya kekayaan; dan dia dan Boulton menjadi pemimpin dalam Pencerahan teknologi di Inggris, dengan reputasi yang kuat untuk rekayasa inovatif. Watt menikahi Ann Macgregor pada tahun 1776 dan mereka memiliki dua anak (Gregory dan Jessy), keduanya akan mati muda. James Watt Jr., putranya dari istri pertamanya, selamat dari ayahnya dan kemudian berperan dalam Pencerahan Bahasa Inggris yang berkelanjutan.

Sebagai hasil dari kemitraannya dengan Matthew Boulton, James Watt menjadi orang yang sangat kaya, membangun rumah mewah yang dikenal sebagai "Heathfield House" di Handsworth, Staffordshire. Dia pensiun pada 1800 dan menghabiskan sisa hidupnya di waktu luang dan bepergian untuk mengunjungi teman dan keluarga. Dia meninggal pada 25 Agustus 1819, di Heathfield. Dia dimakamkan di kuburan Gereja St Mary di Handsworth.

Dengan cara yang sangat berarti, penemuan Watt memacu Revolusi Industri dan inovasi zaman modern, mulai dari mobil dan kereta api hingga pabrik dan masalah sosial yang berkembang sebagai hasil. Selain itu, nama Watt telah dilampirkan di jalan-jalan, museum, dan sekolah. Kisahnya telah mengilhami buku-buku, film, dan karya seni, termasuk patung-patung di Taman Piccadilly dan Katedral St. Paul.

Pada patung di St Paul's terukir kata-kata: "James Watt... memperbesar sumber daya negaranya, meningkatkan kekuatan manusia, dan naik ke tempat terkemuka di antara para pengikut sains yang paling terkenal dan para dermawan sejati dunia."

• Jones, Peter M. "Menjalani Pencerahan dan Revolusi Prancis: James Watt, Matthew Boulton, dan Putra-Putra Mereka." Jurnal Sejarah 42.1 (1999): 157–82. Mencetak.
• Hills, Richard L. "Kekuatan dari Steam: Sejarah Mesin Uap Stasioner." Cambridge: Cambridge University Press, 1993.
• Miller, David Philip. "'Puffing Jamie': Pentingnya Komersial dan Ideologis Menjadi 'Filsuf' dalam Kasus Reputasi James Watt (1736–1819)." Sejarah Sains 38.1 (2000): 1–24. Mencetak.
• "Kehidupan dan Legenda James Watt: Kolaborasi, Filsafat Alami, dan Peningkatan Mesin Uap." Pittsburgh: University of Pittsburgh Press, 2019.
• Pugh, Jennifer S., dan John Hudson. "Karya Kimia James Watt, F.R.S." Catatan dan Catatan Royal Society of London 40.1 (1985): 41–52. Mencetak.
• Russell, Ben. "James Watt: Membuat Dunia Baru." London: Museum Sains, 2014.
• Wright, Michael. "James Watt: Pembuat Alat Musik." Jurnal Masyarakat Galpin 55 (2002): 104–29. Mencetak.