Udoskonalenie bywa ważniejsze od wynalazku

Jak wspomniałem wyżej, gdy opisujemy dzieje jakiegoś urządzenia, jego „ojcem” nazywamy tego, kto pierwszy je skonstruował. Czasem jest to różnica kilku miesięcy, kilku dni albo nawet kilku godzin. To niewielkie wyprzedzenie w czasie decyduje o tym, że jeden twórca okrywa się wiekopomną sławą, a inny, który zrobił to samo, skazany jest na zapomnienie. Dobrze ilustruje to przypadek patentu Grahama Aleksandra Bella na telefon, gdzie twórca podobnego (a nawet nieco lepszego) projektu, Elisha Gray (1835–1901, amerykański inżynier elektryk), tego samego dnia co Bell, 14 lutego 1876 r., chciał złożyć swój wniosek o patent, ale spóźnił się o dwie godziny i jego zgłoszenia nie przyjęto, a patent przyznano Bellowi. Więcej można przeczytać o tym w moim felietonie zamieszczonym w „Rzeczy o Historii” 10 kwietnia 2020 r. („Dzieje telefonu”). 

Nie był pierwszy, a okrył się sławą

Prawie każdy słyszał o wielkim wynalazcy nazwiskiem James Watt. Uważa się go powszechnie za twórcę maszyny parowej – pierwszego w dziejach silnika, który pozwolił na budowę fabryk bez konieczności napędzania maszyn siłą rąk ludzkich oraz bez wiązania ich z niepewnymi siłami natury – takimi jak napęd wodny czy wiatrowy. Każdy z państwa zapewne słyszał, że od tego wynalazku zaczęła się tzw. pierwsza rewolucja przemysłowa.

Czytaj więcej

Historia Polski

Ile lat ma Krakowskie Towarzystwo Techniczne?

My w Krakowie lubimy jubileusze. I lubimy instytucje, których korzenie tkwią w odległej przeszłoś...

Zasługi Jamesa Watta są tak wielkie, że jego rodacy wbudowali mu tablicę w murze opactwa westminsterskiego z napisem: „On pomnożył moc człowieka”.

Światowa społeczność uczonych uhonorowała Jamesa Watta jeszcze trwalszym pomnikiem: jego nazwiskiem nazwano jedno z podstawowych pojęć fizycznych: międzynarodowo uznaną jednostkę mocy. W watach wyrażana jest zwłaszcza moc urządzeń elektrycznych (np. ogrzewczych), ale też moc źródeł energii (np. ogniw fotowoltaicznych); w watach powinno się także wyrażać moc silnika samochodu – chociaż tu zgodnie z tradycją mówi się często o „koniach mechanicznych”.

Żeby się w tym nie pogubić, zapamiętajmy, że jeden koń mechaniczny (jednostka obecnie nielegalna!) to 740 watów. Jak z tego wynika, James Watt to osoba bardzo ceniona, której pamięć jest czczona w sposób szczególny i której zasługi muszą być istotnie bardzo doniosłe.

Tymczasem rzeczywistość jest w tym zakresie wręcz zaskakująca. James Watt tak naprawdę niczego nie odkrył jako pierwszy! Nie on był wynalazcą maszyny parowej ani nawet samej idei zamiany energii cieplnej na pracę mechaniczną!

Szeroko propagowana legenda

Pomysł maszyny poruszanej siłą pary istniał w dniu narodzin Jamesa Watta (19 stycznia 1736 r.) od dobrych kilku tysiącleci! Pierwszym opisanym urządzeniem napędzanym siłą pary była turbina zbudowana przez Herona z Aleksandrii ok. 60 roku naszej ery (znane jest też pod nazwą: bania Herona). Dlatego do legendy zaliczyć trzeba opowiastki, jakimi karmiona jest szkolna dziatwa na całym świecie, o tym, jak to młodziutki James Watt zafascynował się podskakującą pokrywką czajnika, podrzucaną siłą pary (ach, te słynne angielskie obyczaje picia popołudniowej herbaty...). I rzekomo na tej podstawie wpadł na pomysł zbudowania maszyny wykorzystującej siłę pary. Maszynę tę potem Watt zbudował, a mądrzy ludzie wykorzystali ją do napędu całych fabryk, pojazdów szynowych i pełnomorskich statków.

Czytaj więcej

Historia świata

Seria jubileuszy stowarzyszeń polskich techników

3 stycznia 1919 r. wydano dekret regulujący funkcjonowanie stowarzyszeń w całej Polsce. Regulacje...

Legenda jest piękna, bardzo ładne są też ilustrujące tę historyjkę XIX-wieczne sztychy przedstawiające wiktoriański salon, wytworny imbryk i wpatrzonego weń chłopca o kędzierzawej główce i wielkich oczach marzyciela... Rzeczywistość była jednak – jak zawsze – o wiele bardziej prozaiczna.

Wcześniejsze koncepcje maszyny parowej

Pierwsze maszyny parowe budowano blisko 100 lat przed Wattem! Na przykład w 1698 r. powstała tzw. maszyna ogniowa Savery’ego (Thomas Savery – 1650–1715 – angielski inżynier wojskowy i wynalazca), służąca m.in. do usuwania wody z kopalni. Z kolei w 1706 r. w miejscowości Kessel odbył się pokaz maszyny parowej Denisa Papina (1647–1712 – francuski wynalazca), przy czym maszyna ta miała już – wprawdzie w formie prymitywnej, jednakże skutecznie działającej – wszystkie podstawowe elementy współczesnych maszyn parowych: oddzielny kocioł, tłok dwustronnego działania, chłodnicę pary, a nawet zawór bezpieczeństwa.

Tak więc nie jest prawdą, że podejmujący swoje prace ok. 1769 r. James Watt musiał maszynę parową odkrywać czy wymyślać. Była ona już doskonale znana, zwłaszcza od czasu zainstalowania w wielu angielskich kopalniach tzw. maszyny atmosferycznej Thomasa Newcomena (1664–1729 – angielski wynalazca). Pierwsza z jego maszyn uruchomiona została w 1712 r. w kopalni węgla (Dudley Castle, hrabstwo: Statffordshire), a następne, coraz większe maszyny wykorzystywane były w najzupełniej użytkowym sensie w kolejnych kopalniach Anglii, Francji, Niemiec i wielu innych krajów Europy, głównie do odwadniania kopalń.

Nie jest zatem prawdą, że to Watt wynalazł maszynę parową. Nie jest także prawdą, że to on jako pierwszy upowszechnił zastosowanie maszyn parowych w przemyśle. Na czym więc polega jego zasługa?

Co zrobił James Watt?

Otóż Watt tylko usprawnił maszynę parową. W jaki sposób? Radykalnie zmniejszył ilość opału potrzebną do jej napędzania. Maszyny Newcomena czy Savery’ego zużywały ogromne ilości paliwa, którego energia zamieniana była na użyteczną pracę w stosunku 1:100 (sprawność rzędu zaledwie 1 proc.!). Maszyna Watta była znacznie wydajniejsza, co wynikało z faktu, że Watt miał znacznie lepsze przygotowanie teoretyczne. Jego poprzednicy byli samoukami: Newcomen był kaznodzieją, a Savery – bogatym posiadaczem ziemskim z Kornwalii. Tymczasem Watt miał kontakt z uniwersytetem w Glasgow. Był tam – jakbyśmy dziś powiedzieli – pracownikiem technicznym, bo wytwarzał różne urządzenia potrzebne do eksperymentów naukowych i do zajęć ze studentami. Ale będąc człowiekiem mądrym, korzystał z możliwości słuchania wykładów i zdobywał wiedzę, z której potrafił skorzystać. Dodatkowym szczęśliwym zbiegiem okoliczności w 1763 r. Watt został poproszony o naprawienie modelu maszyny Newcomena należącej do uniwersytetu. Naprawa się udała, ale maszyna pracowała marnie.

W zrozumieniu przyczyny takiej małej sprawności pomogły Wattowi wykłady prof. Josepha Blacka (1728–1799), znanego chemika i fizyka szkockiego, badacza zjawisk związanych ze zmianą stanu skupienia ciał. Dzięki temu Watt uświadomił sobie, że maszyna Newcomena jest mało sprawna, ponieważ zainstalowany w niej cylinder naprzemiennie jest nagrzewany (gdy wpuszczano do niego gorącą parę, pchającą tłok w cylindrze w górę) i chłodzony (gdy wtryskiwano do niego zimną wodę, żeby skroplić parę, wytworzyć podciśnienie i za sprawą ciśnienia atmosferycznego pociągnąć tłok w dół).

Czytaj więcej

Historia Polski

Lampę naftową wymyślił Polak!

Specyfika spalania nafty wymagała zbudowania specjalnej konstrukcji – konieczne było odizolowanie...

W 1765 r. – podobno podczas przechadzki w parku – Watt wpadł na kluczowy pomysł, żeby skraplanie pary przeprowadzać w oddzielnej komorze (nazwanej skraplaczem), która byłaby stale chłodna dzięki umieszczeniu jej w zimnej łaźni wodnej. Natomiast cylinder należało utrzymywać w stałej wysokiej temperaturze poprzez otoczenie go „płaszczem parowym”, żeby wpuszczana do niego para nie ulegała wstępnemu ochłodzeniu, co by zmniejszało jej ciśnienie.

Co więcej – wodę ze skroplonej pary, która była bardzo gorąca, Watt skierował z powrotem do kotła, dzięki czemu rzadziej trzeba było w nim uzupełniać wodę i nie trzeba jej było ponownie nagrzewać od poziomu temperatury otoczenia, gdyż ten swoisty „recykling” także ową wodę podgrzewał.

Konstrukcję swojej maszyny, ukończoną w 1775 r., Watt oparł na dogłębnym przemyśleniu zjawisk fizycznych zachodzących w niej, dlatego jej sprawność była nieporównanie większa niż w silniku Newcomena. Ale od pomysłu do realizacji droga była dość daleka, bo wykonanie wymyślonej maszyny wymagało znacznych środków finansowych, a Watt ich nie posiadał.

Rola bogatych sponsorów

Człowiekiem, który uwierzył w pomysły Watta, był Matthew Boulton (1728–1809 – angielski fabrykant), który najpierw w 1775 r. sfinansował realizację doświadczalnego modelu maszyny (w Soho, niedaleko Birmingham), a potem w 1776 r. – trzech dużych maszyn: dla Bloomfield Colliery w Tipton, dla huty żelaza Johna Wilkinsona w Broseley oraz dla fabryki w Stratford-le-Bow we wschodnim Londynie. Boulton sfinansował także opłaty związane z przyznaniem Wattowi patentu na jego rozwiązania (w 1776 r.).

Połączenie talentów konstruktorskich Watta z przedsiębiorczością i majątkiem Boultona zaowocowało zbudowaniem pierwszej na świecie fabryki maszyn parowych (w Soho pod Londynem). Zapewne ten właśnie moment zaważył na przyszłej pozycji Jamesa Watta: powszechnie kupowane i używane maszyny Watta (już w 1780 r. pracowało ich w Anglii ponad 100!) przyczyniały się do rozpowszechnienia sławy wynalazcy i jego dzisiejszej pozycji.