ג'יימס ואט

ג'יימס ואט (באנגלית: James Watt;‏ 19 בינואר 1736 – 25 באוגוסט 1819) היה מהנדס וממציא סקוטי. אבי כמה מן החידושים החשובים ביותר במנוע הקיטור ונחשב לממציא מכונת הקיטור המודרנית בשנת 1774. המצאת מנוע הקיטור הייתה הכוח המניע למהפכה התעשייתית. על שמו של ואט נקראת יחידת ההספק – ואט.

ג'יימס ואט
James Watt

לידה	19 בינואר 1736 גרינוק, רנפרושייר, ממלכת בריטניה הגדולה
פטירה	25 באוגוסט 1819 (בגיל 83) Heathfield Hall, הממלכה המאוחדת של בריטניה הגדולה ואירלנד
ענף מדעי	יצרן מכשירים, המצאה, מנוע קיטור, הנדסת מכונות
מקום מגורים	בריטניה
מקום קבורה	St Mary's Church
עיסוק	מהנדס
מקום לימודים	אוניברסיטת גלאזגו
מוסדות	אוניברסיטת גלאזגו
פרסים והוקרה	Scottish Engineering Hall of Fame (2021) עמית החברה המלכותית של אדינבורו
בן או בת זוג	אן מקגרגור (1775–?) מרגרט (פגי) מילר (1763–?)
צאצאים	ג'יימס ואט הבן, Gregory Watt, Margaret Watt, Janet Watt
תרומות עיקריות
כמה מן החידושים החשובים ביותר במנוע הקיטור ונחשב לממציא מכונת הקיטור המודרנית
חתימה

קורות חיים

שנותיו המוקדמות

ג'יימס ואט נולד בשנת 1736 בגרינוק (Greenock, אז ברנפרושייר (Renfrewshire) והיום באינוורקלייד (Inverclyde)) שבסקוטלנד, למשפחה מבוססת מבחינת השכלה, רכוש ומעמד. הוא היה הבכור מבין חמישה צאצאים ששרדו להוריו, הפרסביטריאנים באמונתם, אגנס (1703–1755) לבית מוירהד (Muirhead) וג'יימס ואט האב (1698–1782), אשר היה בונה אוניות, בעל אונייה, קבלן ומילא, בנוסף, תפקידים ציבוריים מקומיים. סבו מצד האב, תומאס ואט (1642–1734), היה מורה למתמטיקה ולניווט, ומילא אף הוא תפקידים ציבוריים מקומיים. את ראשית השכלתו רכש בביתו, בעיקר על ידי אמו, ובהמשך, עת עבר לבית הספר המקומי, גילה נטייה ריאלית. במשך ילדותו ונעוריו, וגם אחר כך, סבל מבריאות לקויה. לאחר סיום בית הספר, עבד בסדנאות של אביו, תוך שהפגין אגב כך כישרון הנדסי ניכר. לאחר שכמה מיוזמותיו העסקיות של אביו כשלו, פנה ג'יימס ואט הבן לגלאזגו כדי לתור אחר תעסוקה בהכנת מכשירי מדידה. כשהיה בן 18, מתה אמו, בריאותו של אביו התדרדרה, וג'יימס ואט הבן עשה דרכו אל לונדון, שם שהה כשנה (1755/6), בה התמחה בהתקנת מכשירים, בטרם חזר לסקוטלנד, בלא לקבל הסמכה רשמית במקצוע זה. בכל זאת, ג'יימס ואט עבד בטיפול, באחזקה ובשיפור מכשירים מדעיים באוניברסיטת גלאזגו.

בשנת 1759, ואט הקים שותפות אשר עסקה בייצור ובשיווק מוצרים כמו כלי נגינה וצעצועים, והעסיקה עד 16 עובדים. לאחר כשש שנים, השותף הלך לעולמו, ואחד העובדים נטל על עצמו את הובלת העסק, שהתמיד לפעול עד המאה ה-20.

מנוע הקיטור

ואט והמנוע של ניוקומן

בשנת 1759 ג'יימס ואט החל להתעניין במנוע הקיטור של ניוקומן, אשר שימש זה כמה עשרות שנים לשאיבת מים ממכרות. בשנים הבאות, על אף שלא ראה בשלב זה מנוע קיטור במו עיניו, הוא קרא כל חומר כתוב, שהצליח להניח עליו את ידו, בנושא זה, וערך ניסויים, אשר לא עלו יפה. בשנת 1763 ואט התוודע לראשונה למנוע הקיטור באופן ישיר יותר, עת התבקש לתקן דגם שלו אשר היה ברשות אוניברסיטת גלאזגו. ואט תיקן אמנם את המודל, אך תוך כדי כך גילה בו ליקויים בסיסיים, הגורמים לכך שמרבית האנרגיה המושקעת בו מתבזבזת. הדבר נגרם בשל הצורך בקירור הצילינדר בו נעה הבוכנה בין פעימה לפעימה, כדי לעבות את הקיטור, וכך, לאפשר ללחץ האטמוספירי להוריד את הבוכנה (ר' שרטוט).

אנימציה של מנוע הקיטור של ניוקומן. בוורוד – הקיטור, אשר לחצו מרים את הבוכנה. בכחול – מים קרים המוזרמים בגרוויטציה אל הצילינדר על מנת לגרום לעיבוי הקיטור ובכך, להפחתת הלחץ שמתחת לבוכנה. לחץ האוויר שמעל הבוכנה גורם, אפוא, לירידתה. את האנימציה יצר Matt Keveney.

המעבה החיצוני

ב-1765 הכניס ואט שיפור יסודי למכונת הקיטור של ניוקומן. השיפור, עיבוי הקיטור במיכל נפרד, חסך את הצורך בקירור הצילינדר בין פעימה לפעימה, והעלה בהרבה את הנצילות של כוח הקיטור. בהמשך אותה שנה ואט בנה מודל שפעל, אך לצורך בנייה מכונה שימושית, היה צורך להתגבר על קשיים טכניים שונים. המכשול העיקרי היה הצורך בהתאמה מדויקת של הצילינדר והבוכנה, דבר שהיה קשה ברמה הטכנולוגית של סוף המאה ה-18. בעיה זו נפתרה לבסוף לאחר שואט הצליח לגייס לשם כך את ג'ון וילקינסון (Wilkinson), אשר פתר בעיה דומה למדי בעת שעסק בייצור תותחים.

תקופת השותפות עם בולטון

נוסף להכרח לגבור על קשיים טכניים, נזקק ואט להון כדי לקדם את המצאתו. תחילה ואט נתמך על ידי חרשתן בשם ג'ון רובק (Roebuck), שותפו לפטנט, אשר נרשם ב-1769, עד שזה פשט את הרגל. בהמשך, ב-1774, ואט יצר שותפות מצליחה מאוד עם התעשיין והמהנדס מתיו בולטון (Boulton), תושב בירמינגהאם, אשר רובק העביר אליו את חלקו בזכויות הפטנט. במסגרת אותה שותפות, נטייתו של ואט הייתה לעסוק בעניינים הטכניים, ואילו העיסוק בנושאים הכספיים הלם פחות את טבעו. אותה שותפות שחררה את ואט, במידה רבה, לעיסוקיו כממציא, שכן בעוד שטרם שותפותו עם בולטון, ואט נאלץ לשלוח ידו בעיסוקים נוספים, כמודד וכמהנדס אזרחי, כדי להתקיים בעוד הוא מפתח את המצאתו. כעת, השניים הקימו בית חרושת למכונות קיטור בבירמינגהם, אליה ואט העתיק את מקום מגוריו. ב-1775, הצליחו השניים בשכנוע הפרלמנט להאריך את הפטנט ב-25 שנים נוספות. החל מ-1776, ובמשך חמש השנים הבאות, עסקה השותפות "בולטון אנד ואט", בהצלחה רבה, בהתקנת מכונות קיטור לשם שאיבת מים ממכרות, בעיקר בקורנוול. בשנים הראשונות, השותפות לא עסקה בייצור המנועים, ואלה יוצרו על ידי אחרים בהתאם לשרטוטיו של ואט. ג'יימס ואט שימש כמהנדס יועץ, אשר פיקח על הצבת המכונה והכנסתה לפעולה, ובמהלך הזמן, הכשיר גם אחרים למלאכה זו. בהמשך, עברה השותפות בהדרגה לייצור חלקים מן המכונות. מכונות אלה, עקב גודלן (הראשונה הגיעה לגובה של כשישה מ' וקוטר הצילינדר היה כ-1.25 מ'), הצריכו הקמת מבנה מיוחד לשם התקנתן. התשלום אותו גבתה השותפות, על בסיס שנתי, עמד על שוויה של שליש מכמות הפחם אשר נחסכה בהשוואה למנוע של ניוקומן (שיטת תשלום זו, אגב, עיכבה את החדרת המנוע למכרות הפחם, שכן במקומות משופעים בפחם, חיסכון זה היה זניח).

בשנת 1800, בה פקע הן הפטנט, הן הסכם השותפות, ואט, וכמוהו גם בולטון, פרשו מן השותפות, וואט העביר את חלקו לבניו, אשר כבר כמה שנים קודם לכן היו מעורבים עמוקות בעסק.

שיפורים במנוע הקיטור

על מנת להרחיב בהרבה את אפשרויות השימוש במנוע הקיטור, נדרשה דרך להפוך את התנועה הקווית של הבוכנה לתנועה סיבובית. הפתרון המתבקש היה ארכובה, אלא שהפטנט להתקן זה היה בידי ג'יימס פיקארד (Pickard), אשר הציע מצדו, היתר הדדי לשימוש בארכובה ובמנוע הקיטור של ואט. ואט דחה פתרון זה, ולצורך המרת תנועה קווית לסיבובית המציא ב-1781 תמסורת גלגלי שיניים המזכירה במשהו תנועת כוכב לכת סביב השמש (ר' שרטוט).

במהלך השנים הבאות הוסיף ואט לשפר את מכונתו על ידי המצאות נוספות. בין אותן המצאות, היה מנוע שבו לחץ הקיטור דוחף את הבוכנה משני צידיה, לסירוגין, ולשם כך אף המציא תמסורת מיוחדת. כן המציא מצערת, לשליטה על כוח המנוע. בנוסף, ואט העלה רעיונות, עליהם נרשמו פטנטים ב-1781 וב-1782, האחד, מנוע משולב, המורכב מכמה מכונות קיטור, והשני, שימוש בקיטור בלחץ גבוה בהרבה מן הלחץ האטמוספירי. בפועל, למרות הצגת רעיון אחרון זה, המכונות של ואט היו מבוססות על שימוש בדוד קיטור בלחץ נמוך, הקרוב ללחץ האטמוספירי, שכן ואט התנגד לשימוש בדוודים עם לחץ גבוה שבאותה תקופה היו מועדים לדליפות ולהתפוצצויות. בשנת 1788 ואט רשם פטנט על המצאה נוספת, וסת צנטריפוגלי, אשר סייע במניעת התפרצויות ואובדן שליטה של המנוע. כן המציא ואט מציין ללחץ הקיטור בתוך הצילינדר, המצאה אותה שמר כסוד מסחרי. שיפורים אלה, בהצטרפם יחד, הפכו את מנוע הקיטור של ואט ליעיל פי חמישה מזה של ניוקומן.

תחריט מ-1784 של מכונת הקיטור של ואט ובולטון

תמסורת גלגלי השיניים, המזכירה בצורתה שמש וכוכב לכת.

המנוע הסיבובי החל לפעול במפעלי טווייה ברחבי אירופה בהיקף הולך וגדל. בשנת 1790 השתמשו מפעלים בודדים בכוח הקיטור, אך ב-1800 כבר ייצר ואט כ-500 מנועים כאלה, והם נחטפו על ידי בעלי המפעלים. מכונת הקיטור הייתה מן הגורמים הטכניים המכריעים במהפכה התעשייתית בסוף המאה ה-18 ומן המכשירים והמתקנים העיקריים של אספקת כוח לתעשייה במהלך כמה דורות.

מאבקים משפטיים

בעשור האחרון של המאה ה-18 החלו מתחרים לייצר אף הם מכונות קיטור כדוגמת זו של ואט, ואחרים שיפרו את זו של ניוקומן, לה הוסיפו מעבה חיצוני. כתוצאה, החלו משתמשים רבים, משוכנעים כי פג כוחו של הפטנט שנרשם לזכות ואט, להימנע מתשלום, והכנסות השותפות ירדו פלאים, כאשר ב-1795, החייבים שילמו בפועל כ-2,500 פאונד, מתוך כ-21,000, וזאת כאשר פאונד דאז שוויו היה מעט יותר מ-100 פאונד של 2020. במהלך שנות ה-90, השותפות הצליחה, כללית, להסדיר את הנושא, בין אם בשורה של תביעות משפטיות, בין אם בבוררות, אף כי כל אלה עלו בממון ובזמן רב. מצד שני, התבצרותם של ואט ובולטון מאחורי הפטנט עיכבה ככל הנראה ממציאים אחרים מלפתח שיפורים למנועי הקיטור.

מכונת העתקה ופטנטים נוספים

בסוף המאה ה-18 טרם הייתה קיימת דרך אמינה להעתקה מדויקת של חומר כתוב או מודפס. הדבר הקרוב ביותר לכך היה מנגנון ובו שני עטים המחוברים זה לזה, כך שבעת שהאחד כתב, השני חזר על תנועתו. ואט ניסה תחילה לשפר שיטה זו, אך לנוכח סרבולה, זנח כיוון זה. חלף זאת, ואט פיתח שיטה ולפיה הוצמד דף המקור לדף אחר, דק מאוד ומלוחלח, אשר נלחץ בחוזקה אל המקור. לאחר מכן, מול מקור אור, ניתן היה לראות עליו במדויק את המסמך המקורי. ואט החל בניסויים ב-1779, ולאחר כשנה, בה נוסו סוגי נייר ודיו שונים, כמו גם אלמנטים אחרים, רשם על שיטתו פטנט. גם לאחר רישום הפטנט, ואט עמל עוד מספר שנים על מנת לפתח את שיטת ההעתקה כדי לעשותה ישימה יותר, אמינה יותר ונוחה יותר לשימוש. שיטה זו, אשר הצליחה מסחרית, שימשה להעתקה עד המאה ה-20.

ניסויים בכימיה

כבר מגיל צעיר ואט גילה עניין רב בכימיה. בין היתר, בסוף שנות ה-80, הוא ניסה למצוא שיטה מסחרית להלבנת בדים, ושיתף בעבודתו את חמו דאז, אשר עסק בתחום, ואת אשתו (השנייה), והשיטה נחלה הצלחת מה. אולם כיוון שבמקביל פותחו שיטות אחרות, טובות יותר, וכיוון שנתגלו קשיים מסוימים בשיטה שואט פיתח, ואט נטש בסופו של דבר את הנושא.

בין השנים 1794–1797, ואט עסק בייצור מתקנים להפקת, טיהור ואכסנת גזים, תהליכים שהתגלו ממש באותן שנים, עבור מה שהפך להיות, בשנים הבאות, 'המכון הפנאומטי' בבריסטול. אחת הסיבות לעיסוקו זה הייתה מחלת השחפת ממנה סבלה בתו, ולבסוף הלכה לעולמו בעטייה, והאמונה כי ניתן לסייע לה באמצעות אותם גזים.

מכונת העתקה אשר פותחה על ידי ואט, 1795

שנותיו המאוחרות

לאחר שואט פרש משותפותו עם בולטון, הוא המשיך בהמצאת ובפיתוח מתקנים נוספים. בין היתר, ואט המציא מתקן להעתקת פסלים ומדליונים, עליו לא רשם פטנט. אחת מן הדמויות שהעתיק בעזרת אותו מתקן, הייתה של אדם סמית. כן המציא מתקן מיטלטל לציור טבע בפרספקטיבה ועוד. גם לאחר פרישתו מן השותפות, ואט המשיך לגלות עניין בהנדסה אזרחית, ושימש יועץ לכמה חברות.

חיים אישיים

בשנת 1764 ואט נשא לאשה את בת דודתו מרגרט (פגי) מילר (Miller). לזוג נולדו חמישה ילדים, ושניים מהם הגיעו לבגרות: מרגרט (1767–1796) וג'יימס ואט ג'וניור (1769–1848). מרגרט האם מתה בעת לידה ב-1773. ב-1777 נישא ג'יימס ואט בשנית לאן מקגרגור (MacGregor), ביתו של יצרן צבעים מגלזגו. מנישואין אלה נולדו בן ובת: גרגורי (1777–1804), לימים גאולוג ומינרולוג, וג'נט (1779–1794). אן הלכה לעולמה ב-1832.

בשנת 1767 ואט הצטרף לשורות הבונים החופשיים בסניף גלאזגו של הארגון.

בין השנים 1777 ו-1790 ג'יימס ואט התגורר בבירמינגהם.

ואט ובולטון מונצחים על שטרות 50 לירות שטרלינג, שהונפקו בשנת 2010.

ראו גם

• יחידות מידה על שם אישים

לקריאה נוספת

* "Some Unpublished Letters of James Watt" in Journal of Institution of Mechanical Engineers (London, 1915).

• Carnegie, Andrew, James Watt University Press of the Pacific (2001) (Reprinted from the 1913 ed.), ISBN 0-89875-578-6.
• Dickinson, H. W. (1935). James Watt: Craftsman and Engineer. Cambridge University Press.
• Dickinson, H. W. and Hugh Pembroke Vowles James Watt and the Industrial Revolution (published in 1943, new edition 1948 and reprinted in 1949. Also published in Spanish and Portuguese (1944) by the British Council)
• Hills, Rev. Dr. Richard L., James Watt, Vol 1, His time in Scotland, 1736–1774 (2002); Vol 2, The years of toil, 1775–1785; Vol 3 Triumph through adversity 1785–1819. Landmark Publishing Ltd, ISBN 1-84306-045-0.
• Hulse David K. (1999). The early development of the steam engine. Leamington Spa, UK: TEE Publishing. pp. 127–152. ISBN 1-85761-107-1.
• Hulse David K. (2001). The development of rotary motion by steam power. Leamington, UK: TEE Publishing Ltd. ISBN 1-85761-119-5.
• Marsden, Ben. Watt's Perfect Engine Columbia University Press (New York, 2002) ISBN 0-231-13172-0.
• Marshall, Thomas H. (1925), James Watt, Chapter 3: Mathematical Instrument Maker, from Steam Engine Library of University of Rochester Department of History.
• Marshall, Thomas H. (1925) James Watt, University of Rochester Department of History.
• Muirhead, James Patrick (1854). Origin and Progress of the Mechanical Inventions of James Watt. London: John Murray.
• Muirhead, James Patrick (1858). The Life of James Watt. London: John Murray. The life of James Watt with selections from his correspondence.
• Roll, Erich (1930). An Early Experiment in Industrial Organisation : being a History of the Firm of Boulton & Watt. 1775–1805. Longmans, Green and Co.
• Smiles, Samuel, Lives of the Engineers, (London, 1861–62, new edition, five volumes, 1905).

קישורים חיצוניים

מדיה וקבצים בנושא ג'יימס ואט בוויקישיתוף

• ג'יימס וואט, באתר מוזיאון המדע בירושלים
• אבני דרך, עשר ההמצאות הטכנולוגיות הגדולות, באתר ifeel
• פרק 1 – ג'יימס וואט בפודקאסט עושים היסטוריה בהגשת רן לוי
• ג'יימס ואט, באתר "Find a Grave" (באנגלית)
• ג'יימס ואט, באתר אנציקלופדיה בריטניקה (באנגלית)