Thời kỳ tiền Watt (giữa thế kỷ 18) đặc trưng bởi sự kém hiệu quả trong các nguồn năng lượng, cản trở sự phát triển công nghiệp và hạn chế tiềm năng đổi mới. Các động cơ hơi nước thịnh hành thời bấy giờ, điển hình là thiết kế của Thomas Newcomen, còn thô sơ và vốn dĩ không hiệu quả.
Tuổi thơ khó khăn, bỏ học vì không đủ tiền
Sinh ngày 19/1/1736 tại thị trấn ven biển Greenock, Scotland, những năm tháng đầu đời của James Watt được định hình bởi những thách thức cả về cá nhân và tài chính.
Ông là con cả trong số 5 người con còn sống của ông James Watt và bà Agnes Muirhead. Ông nội là một nhà toán học nổi tiếng và là hiệu trưởng trường học địa phương. Cha ông, một thợ đóng tàu, qua đời khi Watt mới được vài tháng tuổi, để lại toàn bộ gánh nặng lên vai mẹ.
Dù gặp khó khăn về tài chính nhưng mẹ của Watt vẫn cố gắng nuôi dưỡng và giáo dục con. Mặc dù thể hiện năng khiếu toán học, nhưng sức khỏe kém đã khiến cậu không thể theo học thường xuyên tại Trường Ngữ pháp Greenock.
Thay vào đó, ông luôn mày mò tự học và tìm thấy đam mê trong từng trang sách.
Đến năm 6 tuổi, Watt đã giải được các bài toán hình học và sử dụng ấm trà của mẹ để nghiên cứu hơi nước.
Trong thời gian rảnh rỗi, chàng trai thường trẻ phác thảo bằng bút chì, chạm khắc và làm việc trên băng ghế dụng cụ bằng gỗ và kim loại. Cậu đã thực hiện nhiều tác phẩm và mô hình cơ khí khéo léo, theo chuyên trang giáo dục ThoughtCo.
Tuy nhiên, Watt bỏ học vào tuổi 14 do tình hình tài chính của gia đình. Mặc dù không đến trường, Watt vẫn luôn tiếp tục tự học. Năm ông 18 tuổi, mẹ qua đời. Mất mát điểm tựa tinh thần cuối cùng cùng với những thách thức về tài chính càng tăng thêm những khó khăn cho chàng trai Watt. Ông đến London để tìm kiếm cơ hội.
Sau thời gian học về dụng cụ đo lường, Watt trở lại Glasgow với ý định thành lập một doanh nghiệp sản xuất thiết bị đo lường. Tuy nhiên, Hiệp hội thợ rèn Glasgow, chịu trách nhiệm cấp phép cho các thợ buôn, không cấp giấy phép với lý do Watt đã không hoàn thành chương trình học nghề kéo dài 7 năm truyền thống.
May mắn thay, Watt được các giáo sư tại Đại học Glasgow giúp đỡ. Họ cho ông thành lập một xưởng nhỏ trong trường đại học vào năm 1757.
Xưởng này không chỉ cung cấp cho Watt không gian để theo đuổi công việc mà còn tạo cơ hội để chàng trai gặp Joseph Black, một nhà vật lý và nhà hóa học- người vừa trở thành bạn vừa là người cố vấn cho ông.
Cuộc “gặp gỡ” đầu tiên của ông với động cơ Newcomen trong quá trình làm việc đã khơi dậy tia sáng đổi mới. Watt đã xác định những điểm thiếu hiệu quả chính trong thiết kế của động cơ, đặc biệt là quá trình làm mát và hâm nóng liên tục của nó.
Bước đột phá lớn đầu tiên của Watt đến với việc phát minh ra một bình ngưng riêng biệt vào năm 1765. Thành phần cải tiến này cho phép hơi nước được ngưng tụ riêng biệt khỏi xi lanh chính, loại bỏ nhu cầu hâm nóng liên tục và cải thiện đáng kể hiệu suất.
Mở ra thời đại máy hơi nước
Dựa trên sự thành công của bình ngưng riêng biệt, Watt tiếp tục cải tiến các phát minh của mình. Năm 1782, ông giới thiệu động cơ tác động kép, một cải tiến mang tính cách mạng khác.
Không giống như những động cơ trước đây, động cơ tác động kép cho phép hơi nước tác động lên cả hai phía của piston, cung cấp nguồn năng lượng cơ học liên tục và mạnh mẽ hơn. Sự đổi mới này không chỉ nâng cao hiệu suất mà còn mở rộng phạm vi ứng dụng cho năng lượng hơi nước trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau.
Đến năm 1790, sau khi đã cải tiến, bổ sung nhiều bộ phận, Watt đã hoàn thành toàn bộ quá trình chế tạo máy hơi nước của mình. Đây là một bước nhảy vọt trong kỹ thuật sản xuất của nhân loại, là một dấu mốc cho “thời đại máy hơi nước”.
Ý nghĩa phát minh mình của Watt đối với ngành công nghiệp mang tính cách mạng bởi hiệu suất mới và tính linh hoạt của năng lượng hơi nước, thúc đẩy một làn sóng công nghiệp hóa làm thay đổi các quy trình sản xuất truyền thống.
Các nhà máy trước đây phụ thuộc vào lao động chân tay và bánh xe nước giờ đây đã sử dụng động cơ hơi nước để vận hành máy móc, dẫn đến năng lực sản xuất tăng lên đáng kể.
Những phát minh của Watt không chỉ giới hạn trong phạm vi nhà máy mà lan sang lĩnh vực vận tải. Sự ra đời của đầu máy xe lửa chạy bằng hơi nước đã cách mạng hóa cách thức vận chuyển người và hàng hóa. Đường sắt, chạy bằng động cơ của Watt, kết nối các vùng xa nhau, tạo điều kiện cho việc di chuyển nguyên liệu thô và thành phẩm nhanh hơn và hiệu quả hơn.
Watt đã nghỉ việc sản xuất động cơ hơi nước vào năm 1800, nhưng vẫn tiếp tục nghiên cứu các phát minh trong một số lĩnh vực. Năm 1819, nhà khoa học James Watt qua đời tại nhà riêng ở Heathfield, Staffordshire, Anh. Ông thọ 83 tuổi.
Từ cách mạng hóa ngành công nghiệp và giao thông vận tải đến việc định hình quá trình đô thị hóa và cấu trúc xã hội, những đóng góp của James Watt đã đặt nền móng cho những làn sóng tiến bộ công nghệ tiếp theo, tạo tiền đề cho sự phát triển không ngừng của ngành công nghiệp và xã hội hiện nay.
Tử Huy
.svg){kind=icon}
