Джеймс Уатт. Его жизнь и научно-практическая деятельность
Шрифт:
“Пораженный этим явлением, – говорит Уатт, – я упомянул о нем моему другу Блэку (профессор химии и естественных наук университета Глазго), который тогда объяснил мне свою теорию скрытого тепла, предложенную им незадолго перед тем, с которой я совсем не был знаком”.
Эта теория вполне объяснила последнее наблюдение Уатта, то, что при сгущении пара в воду выделяется скрытое тепло, которое и нагревает впрыскиваемую воду.
“На такие и подобные опыты, – продолжает изобретатель, – я потратил много времени и гораздо больше денег, чем мне позволяли обстоятельства, а новый принцип все-таки не находился. Однако же вся эта задача настолько овладела моим умом, а мои обстоятельства настолько сильно побуждали меня вернуть потраченное время и средства, что наконец после многих попыток решить ее я пришел как бы к аксиоме: для того, чтобы сделать совершенную паровую машину, необходимо, чтобы цилиндр был всегда так же горяч, как и входящий
Однажды, в начале 1765 года, после обеда в воскресенье, когда шотландское ханжество предписывает ничегонеделание, но когда беспокойная голова Уатта тем не менее продолжала усиленно работать, он пошел погулять в парк. Вдруг посреди поля ему с поразительной ясностью сформулировала вопрос: а что если между цилиндром, содержащим пар, и другим сосудом, в котором уже образовалась пустота, внезапно открыть сообщение, то что произойдет! Немедленно нашелся ответ: пар устремится в пустоту до тех пор, пока в обоих сосудах не установится равновесие. А если во второй сосуд впрыснуть холодную воду? Пар в нем сгустится, и образуется опять пустота, куда снова устремится остаток пара из цилиндра до тех пор, пока не сгустится весь пар и в обоих сосудах не образуется пустота.
Весь этот ряд вопросов и ответов промелькнул в его голове с быстротою молнии и, по выражению его биографа, “наполнил его восторгом”. Великое открытие, начавшее новую эпоху в механике, промышленности и нашей цивилизации, было сделано. Это случилось в конце апреля 1765 года. Теперь оставалось согласовать с ним все частности, испробовать все в целом на модели, построить по этому образцу новую паровую машину и пустить ее в ход.
Но не будем забегать вперед. Открытие действительно было сделано, но прежде чем оно вошло в жизнь, Уатту пришлось потратить ни больше ни меньше как десять лет самого упорного труда, самой тяжелой борьбы с бесчисленным множеством препятствий и затруднений. Денежные затруднения, конечно, стояли на первом плане. Собственные средства Уатта были совершенно ничтожны, а найти людей, которые вникли бы в истинный смысл его открытия, поверили в возможный успех его и затратили на него деньги, каких оно требовало, было вовсе не легко. А когда такие люди и находились, они надеялись на слишком быстрый успех, не рассчитывали своих сил и невольно задерживали дальнейшее развитие дела на несколько лет.
Но были и другие препятствия. Неточность тогдашней механической работы и отсутствие хороших мастеров едва было не обрекли новую машину на преждевременную смерть. Не будь Уатт сам своим первым и лучшим механиком, это легко могло бы случиться. Но об этом речь впереди.
Его мысль продолжала работать. “Когда в обоих сосудах образовалась уже пустота, или почти пустота, куда же девать впрыснутую и сгустившуюся воду и воздух, вошедший вместе с паром и водою? Мне представлялись возможными два ответа: или снабдить второй сосуд трубкой в 34 фута высотой, по которой вода могла бы стекать независимо от атмосферного давления, [4] или же заменить эту трубку водяной и воздушной помпами, которые автоматически выкачивали бы и воздух, и воду из второго сосуда, как только пар сгустился. Дальше, в машине Ньюкомена, чтобы пар и воздух не пропускались поршнем, на него наливался слой воды. При новом принципе это становилось невозможным, потому что всякая капля воды, случайно проникшая под поршень, обратилась бы в пустоте в пар и тем уничтожила бы пустоту. Кроме того, при опускании поршня внутрь открытого цилиндра холодный воздух должен был также входить в него и охлаждать его стенки, нарушая тем самым основное требование температуры в цилиндре. Для устранения обоих этих неудобств явилось предположение – закрыть верхний конец цилиндра герметической крышкой (с отверстием и добавочной коробкой для прохода поршневого стержня) и провести пар не только в пространство под поршнем, но и над поршнем, совершенно устранив таким образом действие в новой машине атмосферного давления на поршень”.
4
Столб воды в 34 фута, как известно, уравновешивает
Теперь паровая машина в первый раз становилась действительно паровою, а не паро-воздушной, как прежде. Наконец для устранения последней возможной причины траты тепла – через охлаждение наружных стенок цилиндра окружающим воздухом, – было предложено окружить его другим (наружным) цилиндром из дерева или иного слабо проводящего тепло материала, а пространство между обоими цилиндрами наполнить паром.
Таким образом все главные частности легко и просто разрешались и для нового принципа открывался полный простор.
“Раз эта идея о сгущении пара в отдельном сосуде, – пишет сам Уатт, – явилась, все другие улучшения быстро последовали за нею как необходимые выводы; в течение двух или трех дней изобретение было готово в моем уме, и я тотчас же принялся за его практическое осуществление”.
Сначала он устроил небольшую модель, при помощи которой проверил свой принцип. Замечательно, что, по словам изобретателя, ни одна из его позднейших, гораздо более сложных и лучше сделанных машин, не работала так хорошо и не воплощала его идеи так совершенно, как эта наскоро сработанная небольшая модель.
Сейчас же после этой проверки было приступлено им к постройке большой модели, и опыты, не оставлявшие сомнения в выгоде изобретения, с успехом повторены.
“В 1768 году я подал, – говорит Уатт, – прошение о выдаче привилегии на способы уменьшения потребления пара, и вследствие того – топлива, в огневых машинах, которая (привилегия) и была выдана мне в январе 1769 года”.
В этой привилегии заключаются только те части изобретения, которые были выработаны к тому времени. Но многие из них были сделаны позднее и включены в позднейшие патенты или остались незапатентованными и, как он сам говорит в другой заметке, послужили в ущерб его изобретению к улучшению старой Ньюкоменовской машины.
Таким образом, главная часть изобретения была сделана, принцип найден и осуществлен в модели; даже исключительное право на пользование этим принципом было получено. Но можно ли было извлекать из него практическую пользу? Прошло не меньше тринадцати лет опытов, труда, сомнений, испытаний, проб, борьбы с физическими, денежными и коммерческими затруднениями, препятствиями, пока наконец паровые машины Джеймса Уатта вошли в общее употребление и начали вознаграждать изобретателя и строителя их не только розовыми надеждами, но и материальными выгодами.
ГЛАВА VI. УАТТ-ДЕЛЕЦ
В наше время, как известно, изобретателю, если он не Эдисон какой-нибудь, достается очень незавидная доля: за ним ухаживают лишь до тех пор, пока не забрали его в свои руки, то есть не обязали денежным долгом и не заставили продать за бесценок все его труды; а тогда, воспользовавшись его секретами и пустив их в дело, от него понемногу начинают отделываться, чтобы не дать ему доли в прибылях с его же изобретения.
Сто лет тому назад обстоятельства были не совсем таковы, а иначе и Уатту, вероятно, не пришлось бы пожинать плодов от своей машины. При его доверчивости, отвращении ко всяким коммерческим сделкам, при крайней деликатности и скромности этого человека, обойти его можно было без большого искусства и даже труда. К счастью, у него были друзья, зорко следившие за его делами и заботившиеся об их устройстве. И нужно сказать правду – он был очень счастлив в своих денежных компаньонах.
Раз изобретение паровой машины с отдельным холодильником было сделано (весной 1765 года) – приходилось думать о его практическом применении, а для этого нужны были прежде всего средства на разработку деталей механизма. Где же их взять? Тут Уатту опять помогли его университетские друзья. У профессора Блэка оказался один хороший приятель, бывший доктор медицины, а в то время уже химический и железный заводчик – Ребак, который, по всей видимости, прекрасно подходил Уатту.
Эта личность сама по себе хорошо характеризовала то время новых предприятий, неожиданных открытий и быстрых обогащений. Окончив курс в Эдинбургском университете приблизительно в 1747 году и съездив для усовершенствования за границу, он начал практиковать в Бирмингеме и имел огромный успех. Но его способная, деятельная и предприимчивая натура одной медицинской практикой удовлетвориться никак не могла. И вот наряду с ней он ведет целый ряд научных исследований, преимущественно по прикладной химии. Исследования так же успешны, как и медицинская практика: вместо маленькой лаборатории вскоре появляется большая, в которой опыты продолжаются уже с размахом, и затем доктор Ребак становится крупным химическим заводчиком. Дело в том, что он нашел новый способ фабрикации серной кислоты: прежде она приготовлялась в стеклянных ретортах и стоила довольно дорого, а Ребак, начав готовить ее в свинцовых камерах, удешевил таким образом производство по крайней мере вчетверо и увеличил потребление этого крайне важного в технике продукта во много раз в самое короткое время.