Уатт и Кулибин

Выручил случай и дядя Мюрхед. В глазговском университете освободилось место механика, и дядя Мюрхед использовал всё своё влияние, рекомендуя на это место Уатта. Однако Учёный совет колебался. Всех смущала молодость Уатта и отсутствие документов о его квалификации.

В это время университет получил наследство – оборудование обсерватории, завещанное ему одним плантатором с острова Ява. Оборудование было доставлено в университет в таком состоянии, что вызывало сомнение, стоит ли принимать такое наследство. Приборы были развинчены, и детали брошены в ящики , без всякого разбору в общую кучу. Некоторых мелких деталей не было вообще. То ли они просыпались в щели ящиков и потерялись в пути, то ли вообще не были положены при отправке. За время долгого плавания в сыром тропическом климате металлические детали покрылись ржавчиной, стёкла помутнели. Не было даже списка присланных приборов. И вот эту-то лабораторию Уатт взялся отремонтировать и восстановить. Было решено, что это будет пробой (испытанием), может ли он исполнять обязанности университетского механика.

Университет был особой гильдией в составе глазговской общины. Он пользовался широким самоуправлением, в частности, самостоятельно решал вопросы найма и увольнения своих сотрудников. Для Уатта это открывало единственный и последний шанс получить в Глазго работу и право постоянного проживания. После лондонских мытарств он прекрасно понимал, что это значит. Поэтому он решил во что бы то ни стало отремонтировать обсерваторию так, чтобы не упустить этот последний шанс.

Уатт работал по 12 часов в сутки, как в мастерской лондонского мастера. Руки его истосковались по инструментам, а ум по сложной технической задаче. В работе пробудилась и интуиция, особое чутьё, руководившее его действиями на уровне подсознания. Университет выделил помещение для работы, которое Уатт оборудовал под мастерскую и жильё.

Дело спорилось, и через две недели оборудование обсерватории было представлено приёмной комиссии. Все приборы были собраны, отрегулированы и настроены. Металлические части начищены, стёкла заново отполированы. Уатт сам демонстрировал их работу, объяснял устройство, принцип действия.

Понимание принципа действия было редкостью в XVIII в. не только среди ремесленников, но даже среди учёных.

Уатт сконструировал несколько приспособлений, облегчавших пользование приборами. На комиссию это произвело особенно благоприятное впечатление. Один из членов комиссии даже сказал, что теперь, после Уатта, обсерватория стала, пожалуй, даже лучше, чем была у прежнего владельца.

Таким образом, в 1757 г. Уатту посчастливилось в возрасте 21 года стать механиком глазговского университета. За плечами у него был математический класс гимназии, давший неплохую подготовку не только по математике, но и по физике, химии и естествознанию. К этому необходимо добавить обширные, хотя и бессистемные знания по самым различным вопросам, полученные путём дополнительного чтения и самообразования. Это весьма солидное по тем временам умственное образование тесно сочеталось с хорошей ремесленной подготовкой. Уатт со школьных лет владел плотницким, столярным и слесарным ремеслом, знал кузнечное и литейное дело. Важную роль в становлении профессиональных навыков Уатта сыграло обучение у мастеров Глазго и особенно Лондона, где он овладел искусством изготовления точных математических, геодезических и оптических приборов.

В глазговском университете в его обязанности входило ремонтировать и содержать в исправности оборудование и приборы, находящиеся в собственности университета и используемые для демонстрации студентам. Это создавало хорошую деловую почву для общения со студентами и учёными университета, и он использовал её, чтобы быть в курсе научной жизни университета. Молодые учёные делились с ним своими планами и стремились привлечь его как экспериментатора к их осуществлению. Профессора привлекали его на свои лекции для постановки опытов, консультировали его, делились с ним новинками научной литературы.

В свободное время Уатт имел право брать заказы на стороне. Привлечённые авторитетом университета, к нему сразу же потянулись мореплаватели с испорченными астролябиями и подзорными трубами, купцы и чиновники с диковинными часами, у которых не срабатывал "секрет", домохозяйки со сломанными замками и светильниками. После того, как Уатт с блеском отремонтировал орган в кафедральном соборе Глазго, его имя стало популярным во всей округе. Заказов стало столько, что Уатт взял себе двух помощников.

Более 10 лет Уатт ремеслом зарабатывал себе на жизнь и стремился расширить сферу своей ремесленнической деятельности. Женившись на дочери глазговского купца, он получил права жителя Глазго и воспользовался ими, чтобы перенести свою мастерскую из университетского городка в Глазго, поближе к заказчикам. При этом он увеличил число работников мастерской до шести человек, снял под мастерскую более обширное помещение, лучше оснастил оборудованием.

2. Создание модели паровой машины

с конденсатором пара

Интерес к паровым машинам возник у Уатта лишь в 1761 1763 гг.Главным источником этого интереса и благоприятной средой для него был глазговский университет, такие учёные, как Робисон, Блэк, Андерсен и др., с которыми его связывали не только деловые отношения, но и личная дружба.

Как уже упоминалось, первым привлёк внимание Уатта к паровой машине доктор Робисон, бывший тогда ещё студентом. Это случилось примерно в 1760 г. Затем, в 1761 или 1762 г. Уатт сам проводил опыты над силой пара в котле Папена. Об этих опытах есть его собственные воспоминания.

Уатт вмонтировал в крышку котла трубочку диаметром около 8,5 мм с плотно пригнанным поршнем внутри и трёхходовом краном, который мог подавать пар в трубочку, перекрывать эту подачу, а также выпускать пар из трубочки. Подавая пар в трубочку под поршень, Уатт мог поднять поршень вместе с подвешенным к нему грузом. Уатт наращивал груз до 6 кг, т.е. доводил давление пара примерно до 12 атмосфер. "Но я, -пишет Уатт, -вскоре отказался от идеи построить машину по этому принципу, так как вследствие своей непрочности она обладала бы теми же недостатками, что и машина Севери, т.е. ей постоянно угрожала бы опасность взрыва котла. Соединения также было бы трудно сделать непроницаемыми, и значительная часть энергии пара терялась бы вследствие того, что под поршнем не образовывалось бы вакуума, облегчающего поршню движение вниз".(3)

Зимой 1763 – 1764 гг. Уатту пришлось ремонтировать небольшую действующую модель паровой машины Ньюкомена. По просьбе проф. физики Андерсена Уатт должен был исправить небольшую поломку, чтобы демонстрировать модель в физической аудитории.

Поломка была исправлена, однако модель не заработала, хотя и была точной копией одной заводской машины, выполненной в соотношении 1 к 10. В лучшем случае модель делала одно – два движения и останавливалась. Уатт силился понять причину этого, но не мог. Всё было исправно, все размеры выдержаны в соотношении 1 к 10, тем не менее, модель не работала. К кому бы Уатт ни обращался, никто не мог объяснить, почему это происходит.

Причина заключалась в недостатке мощности парового котла и цилиндра. В 10 раз уменьшались линейные размеры модели, но при этом её поверхности, в том числе площадь сечения цилиндра уменьшалась в 100 раз, а объёмы котла , топки и цилиндра в 1000 раз. Однако понятия мощности, а также теории моделирования тогда ещё не существовало.

Уатт так и не понял подлинной причины недееспособности модели, однако в поисках её он серьёзно занялся изучением пара, что привело его к другому важному открытию – к созданию конденсатора пара.

Узнав о затруднениях Уатта с моделью паровой машины, доктор Блэк показал ему только что опубликованную свою статью о природе пара. В ней Блэк критиковал "теорию влажного воздуха, растворённого в воде" и вплотную подходил к правильному пониманию процесса парообразования.

Под впечатлением этой статьи и приведённых в ней опытов Уатт решил заняться изучением конденсации пара. Сначала он проводил опыты с целью выяснения связи между конденсацией пара и безвоздушным пространством. Он заметил, что, попадая в безвоздушное пространство, пар сразу же превращается в воду, конденсируется; но скоро в этом безвоздушном пространстве появляется воздух, и оно перестаёт быть безвоздушным. Получить в котле пар, который не содержал бы воздуха, не удавалось.

Затем Уатт стал изучать зависимость между давлением пара и его температурой. Ему удалось установить, что в замкнутом пространстве температура пара везде одинакова и всегда равняется по наиболее холодному участку этого пространства. Далее он заметил, что при более высоком давлении пара его температура выше, и более упругий пар оказывается более горячим.