เจมส์ วัตต์ (James Watt)

jumbo jili

เจมส์ วัตต์ (James Watt) เป็นวิศวกรเครื่องกล, นักประดิษฐ์ และนักเคมีชาวสกอต เขาเป็นผู้ปรับปรุงเครื่องจักรไอน้ำปี 1712 ของโทมัส นิวโคเมน จนสำเร็จเป็นเครื่องจักรไอน้ำวัตต์ในปี 1776) นำไปสู่การปฏิวัติอุตสาหกรรมซึ่งนำความเปลี่ยนแปลงมโหฬารสู่สหราชอาณาจักรและส่วนอื่นของโลก เขาเป็นผู้บัญญัติศัพท์ “แรงม้า” เป็นวิธีคำนวณประสิทธิภาพการทำงานของเครื่องจักร และชื่อของเขาได้รับไปตั้งเป็น หน่วยกำลังไฟฟ้าในระบบหน่วยเอสไอ

สล็อต

เจมส์ วัตต์ เกิดในเมืองกรีนนอค (Greenock) ประเทศสกอตแลนด์ บิดามีนามว่านายโทมัส วัตต์ ช่างไม้และช่างต่อเรือผู้เป็นเจ้าของเรือและรับเหมางานช่าง มารดาเป็นผู้มีการศึกษาจากตระกูลผู้ดี ทั้งคู่เป็นคริสเตียนที่เคร่งครัด แต่ฐานะทางครอบครัวค่อนข้างยากจน เขาจึงต้องเรียนที่บ้านโดยมีมารดาเป็นผู้สอน เขาถนัดคณิตศาสตร์และสนใจเทววิทยาของสกอตแลนด์ แต่อ่อนวิชาภาษาละตินและภาษากรีกโบราณ แต่เขาก็ได้รับพื้นฐานงานช่างจากการช่วยงานบิดา
มารดาของเจมส์เสียชีวิตเมื่อเขาอายุ 17 ปี และบิดาก็เริ่มสุขภาพไม่ดี เขาจึงไปหางานทำที่เมืองกลาสโกว์ ได้งานผู้ช่วยช่างในร้านทำเครื่องใช้แห่งหนึ่ง โดยหลังเลิกงานยังเรียนต่อในช่วงเย็นถึงค่ำ การโหมงานและเรียนทำให้สุขภาพของวัตต์อ่อนแอมาก ทำให้เขาต้องลาออกจากงานและเดินทางไปกรุงลอนดอนเพื่อเรียนการผลิตเครื่องชั่งตวงวัด เมื่อเรียนได้ปีเศษก็เกิดสงครามเจ็ดปี รัฐบาลเกณฑ์ชายหนุ่มเข้าฝึกทหารแต่วัตต์ไม่ชอบสงครามจึงกลับเมืองกลาสโกว์ ประเทศสกอตแลนด์ ตั้งใจจะตั้งต้นธุรกิจเครื่องชั่งตวงวัดของตน แต่เนื่องจากขาดคุณสมบัติ เพราะกฎหมายของเมืองต้องจดทะเบียนกับสมาคมพ่อค้า ซึ่งผู้จดทะเบียนได้ต้องเป็นบุตรของพ่อค้าหรือเคยฝึกงานอย่างน้อยเจ็ดปีในสมาคมช่างกลาสโกว์ เขาจึงถูกระงับใบอนุญาตทั้งที่สกอตแลนด์กำลังขาดแคลนช่างทำเครื่องชั่งตวงวัด ทำให้วัตต์ต้องหางานอย่างอื่นทำ
ในที่สุดวัตต์ก็พบทางออก อาจารย์คนหนึ่งที่มหาวิทยาลัยกลาสโกว์ให้โอกาสวัตต์ทำงานในตำแหน่งพนักงานผู้ช่วยอาจารย์ (ช่างซ่อมเครื่องมือ) ทำหน้าที่ดูแล ประดิษฐ์และซ่อมบำรุงเครื่องมือ เครื่องจักร สื่อการสอน โดยได้รับค่าจ้างปีละ 35 ปอนด์ วัตต์ได้ตั้งร้านและโรงงานขนาดเล็กภายในมหาวิทยาลัยนั้นเองเมื่อค.ศ. 1757 หนึ่งในอาจารย์เหล่านั้นคือโจเซฟ แบล็ค นักฟิสิกส์เคมีชาวสกอตซึ่งเป็นผู้ค้นพบว่าอากาศประกอบด้วยสารหลายชนิดและค้นพบก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ ซึ่งต่อมาได้กลายเป็นเพื่อนสนิทและที่ปรึกษาของเขา
ค.ศ. 1764) วัตต์แต่งงานกับ มาร์กาเรต มิลเลอร์ ลูกพี่ลูกน้องของเขาเอง มีลูกด้วยกัน 5 คน แต่ตายเสียแต่ยังเด็ก 3 คน และภรรยาของวัตต์ก็ตายในการคลอดเมื่อค.ศ. 1773 ต่อมาในค.ศ. 1776 เขาแต่งงานอีกครั้งกับ แอนน์ แม็คเกรเกอร์ ลูกสาวของช่างย้อมสีในกลาสโกว์ผู้ช่วยชีวิตเขา
หลังจากเปิดร้าน 4 ปี วัตต์เริ่มทำงานเกี่ยวกับเครื่องจักรไอน้ำด้วยการแนะนำของเพื่อนของวัตต์เองคือศาสตราจารย์จอห์น โรบินสัน (John Robison) ขณะนั้นเขายังไม่เคยรู้จักกลไกเครื่องจักรไอน้ำเลย แต่ก็มีความสนใจมาก และได้พยายามลองสร้างจากเครื่องจักรต้นแบบ ซึ่งผลไม่น่าพอใช้ แต่ก็ยังมุทำงานต่อไปและเริ่มศึกษาทุกอย่างที่เกี่ยวข้องเท่าที่จะทำได้ และก็ได้ค้นพบด้วยตนเองเกี่ยวกับ นัยสัมพันธ์ของ ความร้อนแฝง (latent heat) ที่เกี่ยวข้องกับการทำงานของเครื่องจักร โดยไม่รู้ว่าแบล็คได้ค้นพบอย่างโด่งดังไปแล้วเมื่อหลายปีก่อน
ในปีพ.ศ. 2306 วัตต์ได้ทราบว่ามหาวิทยาลัยกลาสโกว์เป็นเจ้าของเครื่องจักรไอน้ำต้นแบบของ นิวโคเมน (Newcomen engine) ซึ่งเป็นอาจารย์ในมหาวิทยาลัยนั้น แต่เครื่องต้นแบบถูกส่งไปซ่อมพัฒนาที่ลอนดอน ซึ่งทำให้วัตต์ได้แนวทางที่จะปรับปรุงต่อจากเครื่องจักรที่ขนาดใหญ่แต่ทำงานล่าช้านี้ ให้กะทัดรัดขึ้นและให้ทำงานได้แบบต่อเนื่อง(ไม่มีจังหวะนิ่ง) วัตต์จึงร้องขอให้มหาวิทยาลัยนำเครื่องจักรต้นแบบดังกล่าวกลับมาให้เขาซ่อมเองโดยไม่คิดค่าตอบแทน
การผลิตเครื่องจักรเต็มรูปแบบ นอกจากจะต้องใช้ความวิริยะอุตสาหะอย่างยาวนานแล้ว ยังต้องใช้เงินทุนจำนวนมากในการประดิษฐ์และดำเนินการจดสิทธิบัตรเครื่องจักรกลหนัก (ground-breaking) ซึ่งเป็นข้อบังคับในยุคนั้น ทุนส่วนหนึ่งมาจากภรรยา แต่ส่วนใหญ่มาจากแบล็ค ขณะที่การประกอบชิ้นส่วนได้รับสนับสนุนจาก จอห์น โรบัค (John Roebuck) ผู้ก่อตั้งโรงงานรีดเหล็กคาร์รอน ใกล้ฟัลเคิร์ค (Falkirk) ซึ่งช่วยจัดหาหุ้นส่วน พ.ศ. 2316 (1773) วัตต์เริ่มปรับปรุงเครื่องจักรไอน้ำ แต่ความยุ่งยากประการใหญ่อยู่ที่การไสกลึงลูกสูบและกระบอกสูบให้เข้ากัน ทั้งคนงานรีดขณะนั้นก็เป็นช่างตีเหล็กมากกว่าเป็นช่างเครื่องจักรกล เมื่อใช้เวลาทดลองวิจัยนาน ผู้ให้ทุนจึงเลิกไป
โดยนำเครื่องยนต์ทั้งหมดมาใส่ไว้ในโลหะทรงกระบอก ต่อท่อให้ไอน้ำเข้าในในเครื่องจักรโดยตรง เพื่อให้ขนาดเครื่องจักรเล็กลง ซึ่งไอน้ำจะเข้าไปดันลูกปืน เพื่อให้เครื่องทำงาน ในระยะแรก ยังมีปัญหา เพราะเมื่อไอน้ำควบแน่นเป็นน้ำ จะทำให้ไอน้ำที่ส่งเข้าไปใหม่กลายเป็นหยดน้ำไปด้วย ทำให้เครื่องจักรทำงานได้ไม่เต็มที่หรือหยุดไป โรบัคเริ่มไม่มั่นใจว่าวัตต์จะประดิษฐ์เครื่องจักรไอน้ำได้ ทั้งยังล้มละลาย จึงไม่อาจสนับสนุนเงินทุนให้เขาอีก เพื่อประหยัดเงินทุน วัตต์ถูกบีบคั้นให้เริ่มรับจ้างเป็นช่างรังวัดถึง 8 ปี และหลังจากทดลองหลายครั้ง เขาแสดงให้เห็นว่า ความร้อนจากไอน้ำถึงประมาณ 80% ถูกสิ้นเปลืองไปเป็นความร้อนใน กระบอกสูบ เพราะไอน้ำในนั้นถูกควบแน่นจากการฉีดน้ำเย็น
อีกต่อมาไม่นาน มัทธิว โบลตัน (Matthew Boulton) เจ้าของโรงงานอุตสาหกรรมหล่อและเครื่องเคลือบโซโฮ ใกล้เบียร์มิงแฮม (Birmingham) ได้เข้าช่วยเหลือเป็นผู้ถือหุ้นใหม่ ในที่สุดวัตต์ก็สามารถแก้ปัญหาได้ในปี พ.ศ. 2319 โดยต่อท่อส่งไอน้ำใหม่เข้าไป แยกต่างหากจากท่อที่ให้ไอน้ำเย็นซึ่งจะกลายเป็นหยดน้ำเป็นอีกท่อหนึ่ง ทำให้ไอน้ำควบแน่นในห้องที่แยกจาก ลูกสูบ เพื่อรักษาอุณหภูมิในกระบอกสูบให้เท่ากับอุณหภูมิขณะอัดไอน้ำ ในไม่ช้าเขาก็สร้างเครื่องต้นแบบที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น และนำมาใช้งานได้จริง เมื่อปลาย พ.ศ. 2308 (1765)

สล็อตออนไลน์

วัตต์จดสิทธิบัตรเครื่องจักรไอน้ำนี้ในชื่อ เครื่องควบแน่นแยก (separate condenser)
ความช่วยเหลือด้านการดำเนินการทางสิทธิบัตรจากโบลตัน ทำให้วัตต์ได้สิทธิบัตรอย่างถูกต้อง ในชื่อเครื่องจักรไอน้ำแบบวัตต์ Watt Steam Engine ซึ่งได้ปรับปรุงให้ทำงานเรียบขึ้นและมีประสิทธิภาพมากขึ้นไปอีก เครื่องจักรไอน้ำที่เขาสร้าง เป็นประโยชน์ในการเพิ่มศักยภาพการผลิตทางอุตสาหกรรม และเป็นที่นิยมอย่างรวดเร็ว นับเป็นจุดเริ่มสู่พัฒนาการของเครื่องจักรต่างๆ และมีผลต่อเนื่องแก่ความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีในทุกแขนง ในที่สุดวัตต์ก็ได้คนงานรีดที่ยอดเยี่ยม ขณะที่ความยากในการประกอบกระบอกสูบขนาดใหญ่ที่แน่นพอดีกับลูกสูบ ก็ถูกแก้ไขโดย จอห์น วิลคินสัน (John Wilkinson) ผู้พัฒนาเทคนิคคว้านลำกล้องที่เที่ยงตรงสำหรับปืนใหญ่ และเมื่อ พ.ศ. 2319 (1776) เครื่องจักรไอน้ำตัวแรกก็ถูกติดตั้งและเริ่มทำงานในอุตสาหกรรมพาณิชย์ เป็นเครื่องสูบแบบเคลื่อนไหวสวนทางเท่านั้น (only reciprocating motion)
การสั่งซื้อมากขึ้นเป็นเทน้ำเทท่า ตลอด 5 ปีถัดไป วัตต์ยุ่งอยู่กับการติดตั้งเครื่องจักรมากขึ้นๆ ส่วนใหญ่จากตำบล คอร์นวอลล์ (Cornwall) สั่งซื้อเครื่องสูบน้ำในเหมือง วัตต์ได้ลูกจ้างคนสำคัญคือ วิลเลียม เมอร์ดอช (William Murdoch) ซึ่งเป็นกำลังสำคัญและต่อมาได้ร่วมถือหุ้นกับพวกเขา ขอบข่ายงานประยุกต์สิ่งประดิษฐ์กว้างขวางขึ้นอย่างมาก หลังจากโบลตันแนะนำให้วัตต์แปลง การเคลื่อนไหวแบบสวนทาง ของลูกสูบ ให้ทำงานแบบหมุน เพื่อการโม่, การทอ และการสีข้าว
แม้ว่า ข้อเหวี่ยง (crank) ดูเหมือนจะเป็นทางออกที่มีเหตุผลเพื่อแปลงหนี้ของห้างหุ้นส่วนวัตต์แอนด์โบลตันที่ถูกเบียดบังเพราะการจดสิทธิบัตรสิ่งนี้ โดยผู้ถือหุ้น จอห์น สตีด และเพื่อน ก็เสนอแนะให้จดสิทธิบัตรแบบพ่วง (cross-licensing) กับเครื่องควบแน่นภายนอก (external condensor) แต่วัตต์คัดค้านเสียงแข็ง (เพราะเป็นการเอาเปรียบผู้ใช้เครื่องจักรไอน้ำ) แล้วพวกเขาก็จดสิทธิบัตรจำกัดเพียง เฟืองสุริยะ (sun and planet gear) เท่านั้น เมื่อ พ.ศ. 2324 (1781)

jumboslot

ตลอดกว่าหกปีต่อมา เขาปรับปรุงและประยุกต์สิ่งประดิษฐ์ที่ใช้กับเครื่องจักรไอน้ำและอุปกรณ์เสริมอีกจำนวนหนึ่ง เช่น
เครื่องจักรสองทาง (double acting engine) ที่ไอน้ำเข้ากระบอกสูบสองข้างในเครื่องเดียว
ลิ้นควบคุมพลังงานไอน้ำ
อุปกรณ์ควบคุมฝีจักรเหวี่ยงจากศูนย์กลาง (centrifugal governor) ที่ป้องกันไม่ให้มันหลุดออกจากกัน ซึ่งสำคัญมาก
เครื่องจักรไอน้ำหลายสูบ (compound engine) สามารถเชื่อมต่อเครื่องจักรถึง 2 ตัวหรือมากกว่า เขาอ้างถึงวิธีใช้งานเครื่องจักรอย่างกว้างขวาง สิทธิบัตรมากกว่า 2 ใบ ได้รับอนุญาตเมื่อ (พ.ศ. 2324) (1781) และ (พ.ศ. 2325) (1782) ซึ่งรวมทั้ง เครื่องจักรโรตารีแบบวัตต์ การจดสิทธิบัตรสิ่งประดิษฐ์ที่สร้างจากข้อเหวี่ยงนี้สำคัญมาก เพราะเครื่องจักรที่ใช้แรงดันไอน้ำไปหมุนวงล้อได้อย่างมีประสิทธิภาพ เป็นต้นแบบให้เกิดเครื่องจักรไอน้ำสำหรับงานในวงการอื่นตามมามากมาย
หนึ่งในสิ่งประดิษฐ์สำคัญที่วัตต์ภูมิใจที่สุดคือ ข้อต่อประสานสามคาน หรือ การเคลื่อนที่แบบคู่ขนาน (three-bar linkage หรือ Parallel motion) ทำให้การเคลื่อนที่เป็นเส้นตรงสำหรับ ก้านกระบอกสูบ (cylinder rod) ที่เชื่อมกับ คานส่งกำลัง (connected rocking beam) และสุดที่ โค้งครึ่งวงกลม ผลงานนี้ได้จดสิทธิบัตรเมื่อ พ.ศ. 2327 (1784) เมื่อผลิตประกอบกับเครื่องจักร สามารถเพิ่มประสิทธิภาพได้ถึง 5 เท่า เทียบกับเครื่องจักรของนิวโคเมนที่ใช้เชื้อเพลิงแบบเดียวกัน
เครื่องจักรตีเหล็ก เมื่อ พ.ศ. 2327 (1784) [3]
เครื่องจักรปั่นฝ้าย เมื่อ พ.ศ. 2328 (1785) [3]
มาตรวัดแรงดันไอน้ำ (steam indicator diagram) ซึ่งชี้บอก ความดันในรูปกระบอกสูบ พร้อมกับ ปริมาตรของกระบอกสูบ ที่สเกลสวนทางกัน ซึ่งเขาเก็บเป็นความลับทางการค้าและการปรับปรุงอื่นอีกมากที่ประดิษฐ์ง่ายกว่าและเพิ่มการติดตั้งไม่ขาดสาย
วัตต์ยังได้ริเริ่ม วิธีคำนวณประสิทธิภาพการทำงานของเครื่องจักร โดยใช้ม้าที่แข็งแรง 1 ตัว สามารถยกของหนัก 33,000 ปอนด์ เป็นระยะทาง 1 ฟุต ในเวลา 1 นาที เรียกกำลังปริมาณนี้ว่า 1 แรงม้า ใช้เป็นค่ามาตรฐานเปรียบเทียบกับการทำงานของเครื่องจักรต่างๆ

slot

วัตต์เป็นนักประดิษฐ์ที่กระตือรือร้น พร้อมกับจินตนาการเปี่ยมล้นซึ่งนำทางให้สำเร็จ เพราะเขาสามารถพบ”การปรับปรุงที่มากกว่าหนึ่ง”เสมอ เขาทำงานด้วยมืออย่างคล่องแคล่ว และยังสามารถใช้เครื่องวัดทางวิทยาศาสตร์อย่างมีระบบเพื่อตรวจผลการสร้างและปรับปรุงของเขา และเข้าใจอย่างถ่องแท้ถึงกลไกที่กำลังทำงานด้วยอยู่ วัตต์เป็นสุภาพบุรุษที่ได้รับการนับถือจากผู้มีชื่อเสียงท่านอื่นในวงการปฏิวัติอุตสาหกรรม เขาเป็นสมาชิกสำคัญของสมาคมจันทรา (Lunar Society) และเป็นที่ต้องการตัวมากขึ้นอีกหลังจากได้พูดคุยคบหา มีผู้สนใจการขยับขยายขอบข่ายงานของเขาเสมอ เขาเป็นนักธุรกิจที่ค่อนข้างขัดสน เพราะเขาเกลียดการซื้อขายเอาเปรียบและทำสัญญากลโกงกับผู้ที่แสวงหาเครื่องจักรไอน้ำไปใช้งานเป็นอย่างมาก ทำให้เขาเกษียณตัวเองในเวลาต่อมา บุคคลที่เกี่ยวข้องทั้งเพื่อนฝูงและหุ้นส่วนชอบอัธยาศัยและคบหาได้นาน และมักวิตกแทนเรื่องปัญหาการเงินเสมอ