جيمس واط
إهداء
أهدي هذا العمل المتواضع إلى أبي الذي لم يبخل علي يوماً بشيء
وإلى أمي التي زودتني بالحنان والمحبة
أقول لهم: أنتم وهبتموني الحياة والأمل والنشأة على شغف الاطلاع والمعرفة
وإلى إخوتي وأسرتي جميعاً
ثم إلى كل من علمني حرفاً أصبح سنا برقه يضيء الطريق أمامي
الفهرس
- موضوع البحث ................1
- اهداء ................................2
- الفهرس ............................. 3
- المقدمة .............................4
- نشأة جيمس واط .....................4
- إنجازات جيمس واط .................. 5
- الطاقة للعمل ....................... 5
- تقدّموا بكامل البخار!..................6
- تصليح جدّيّ ....................... 7
- التوربينات.........................7
- رَجُل الأفكار..........................8
- وفاة جيمس واط .................7
- المراجع .......................... 8
المقدمة
يحفل التاريخ الحديث بأسماء لامعة، لأناسٍ تركوا بصماتهم لتقدم البشرية علمياً ومعرفياً، ومن أبرز أولئك الناس: جيمس واط، وهو المخترع والمهندس والرائد في مجال الأعمال، وفي علوم الرياضيات والفيزياء والكيمياء، كما أنه يُعد أحد أبرز أقطاب الثورة الصناعية بفضل اختراعه وتطويره للمحرك البخاري.
جيمس واط (: James Watt) من مواليد1736 ووفيات 1819 هو مهندس اسكتلندي، ولد فيغرينوك من أب كان يعمل في التجارة دون أن يحقق نجاحا. تلقى واط تدريبه عن صانع للأدوات في لندن، ثم عاد إلى غلاسكو ليعمل في مهنته. وقد كان واط على علاقة صداقة قوية مع الفيزيائي جوزيف بلاك مكتشف الحرارة الكامنة، وكان لهذه الصداقة الأثر الهام في توجيه واط إلى الاهتمام بالطاقة التي يمكن الاستفادة منها من البخار كقوة محركة وقد أجرى عدة تجارب للاستفادة من ضغط البخار.
ثم وقع في يده محرك بخاري من طراز نيوكومن فاخترع له مكثفا وأجرى عليه بعض التعديلات والتحسينات مثل المضخة الهوائية وغلاف لاسطوانة البخار ومؤشر للبخار مما جعل المحرك البخاري آلة تجارية ناجحة وذلك عام 1769.
و قد حصل واط على عدد من براءات الاختراع منها الحركة المعروفة بترس الشمس والكوكب و قاعدة التمدد والمحرك المزدوج و الحركة المتوازية و جميع هذه الاختراعات تدخل ضمن المحركات البخارية . وقد أدعى وات اكتشاف أن تفاعل الهيدروجين مع الأوكسجين ينتج الماء قبل كافندش أو في نفس الوقت . وقد سميت وحدة القدرة باسم واط تخليدا له.
وقد ادخل جيمس واط القوة البخارية على المضخة الكابسة التي اخترعها نيوكومن أسس وات بالاشتراك مع بولتون شركة هندسية هي شركة سوهو للأعمال الهندسية وقد أدخل الشريكان مصطلح وحدة القدرة الحصانية H.P)Horse Power) حيث كيلو وات1H.P = 0.746.
نشأة جيمس واط
ولد العالم جيمس واط في مدينة غرينوك في اسكتلندا عام1736م، كان أبوه قاضياً، بالإضافة إلى عمله في مجال العمارة وبناء السفن، وكان جده معلماً لمادة الرياضيات، وأبدى مُنذ نعومة أظفاره ميلاً إلى إجراء التجارب العلمية، ومراقبة عمل الأدوات وميكانيكيتها، ويذكر في هذا السياق أن عمته وبخته مرة بقولها: (لم أرَ قط ولداً خاملاً مثلك، فإنك لم تنطق بكلمة واحدة طوال هذه الساعة)، وكان كلامها هذا نتيجةً لمراقبتها له وهو ينزع غطاء الغلاية، ويُعيده لمكانه، ثم يمسك القلنسوة، والملعقة ذات اللون الفضي فوق البخار، وهو يُلاحظ البخار المتصاعد من البزبوز، ويمسك قطرات الماء ويحصيها. وفي العشرين من عمره عمل في صنع الأدوات العلمية، وربطته صداقة مع العالم الفيزيائي صاحب اكتشاف مبدأ الحرارة الكامنة جوزيف بلاك، الذي حول واط إلى العمل في مجال الطاقة بعد أدائه لتجارب عدة تتعلق بالضغط الناتج بفعل البخار، كما أتقن اللغات الفرنسية والإيطالية والألمانية، وأبدى اهتماماً بقراءة الكتب الفلسفية والشعرية، وفيما بعد، أمضى اثنتي عشرة سنة وهو يضع الدراسات والمخططات لعينات ونماذج تطبيقية كلفته مبالغ طائلة أوقعته تحت عبء الديون.
إنجازات جيمس واط
في عام1763م، وبطلبٍ من الجامعة بأن يُصلح إحدى الآلات، لاحظ كمية البخار المهدورة بضربة الكباس الواحدة التي تفقد الأسطوانة الموجودة فيها للحرارة، فثبت واط مكثفاً للبخار منفصل عن الأسطوانة، مما زاد أداءها ثلاثة أضعاف، وذلك عبر آلية تجعل من الكباس يعمل بواسطة تمدد البخار، فكان هذا أساس اختراعه للمحرك البخاري. نال براءة اختراعه عام 1769م، وتوالت بعدها اختراعاته لآلات بخارية سُرعان ما تهافت عليها أصحاب المصانع والمناجم، وابتكر أيضاً طريقةً تُحرك الكباس دائرياً عوضاً عن التناوب، كما اخترع ضابط بخار على شكل بلية طيارة، بعد أن أنشأ وصديقه بولتن شركة باع فيها اختراعاته من الآلات، وهكذا استطاع أن يغطي ديونه.
الطاقة للعمل
هناك من قال إننا لسنا سوى معلومات مرزومة في مادّة (جسد) تعملُ بواسطة الطاقة. إنّ قسمًا كبيرًا من الطاقة التي نحتاجُها ونحصل عليها من الغذاء الذي نأكله، يُعتبر مطلوبًا لجسمنا من أجل تحريك عضلاتنا. ولكنّ عضلاتنا محدودة بكميات الطاقة التي تستطيع إنتاجها، وبسرعتها الخاصّة. في حقيقة الأمر، نحنُ نفضّل، بشكل عامّ، استغلال جسمنا (ودماغنا) لأهدافٍ مهمّةً أكثر من سحب الماء والتكاسل وممارسة ما قلّ من النشاطات. وهكذا، فمنذ فجر الحضارة البشريّة، بحثَ الناس عن وسائل لتحريك الأشياء من مكانها بوسائل أخرى غير عضلاتهم. كان البديل الأوّل استغلال قوّة الحيوانات، وفي البلاد الأقلّ تطوّرًا، لا يزال هذا البديل ساريًا حتّى اليوم – لسحب العجلات وآلات الحراثة، لإدارة حجري الرحى وما إلى ذلك. حتّى بالنسبة لإمكانيّة الطاقة المائيّة، كان الإنسان قد أخذها بعين الاعتبار في وقتٍ مُبكر جدًّا، وعلى امتداد مئات السنين، قام الإنسان بتشغيل المراوح (مراوح القمح والحبوب الأخرى) بواسطة عجلاتٍ تتحرّك بالطاقة المائيّة. الصيغة الجديدة للعجلات المائيّة هذه –التوربينات- تعمل اليوم لإنتاج جزءٍ كبيرٍ من الطاقة التي يحتاجها العالَم. كذلك، قامت الريحُ بعملِها: في أماكن كثيرة حول العالم، وهي عادة أماكن معزولة، لا يزال الناس هناك يستخدمون طاقة الريح لسحب المياه من الأرض.
تقدّموا بكامل البخار!
لكن، مع حلول القرن الثامن عشر، فهمَ الناسَ أنّ الحرارة يمكنها، أيضًا، ومبدئيًّا، القيامَ بالمطلوب، وقد فَهِمنا، عمليًّا، أنّ كمية قليلةً من الحرارة يمكنها إجراءُ ما يتطلّب جُهدًا كبيرًا في ما لو أنّه أجُريَ يدويًّا. كان السؤال التالي: كيف يمكن إجراء هذا التحويل من الحرارة إلى العمل بطريقةٍ ناجعة؟ إنّ مشكلة الطاقة الكبرى التي تواجهها البلاد غير الصناعيّة بعد، هي استخراج كميّات كبيرة من الماء من داخل المناجم. عام 1732، قام الحدّاد الإنجليزيّ نيوكومب (Newcombe) ببناء المضخّة البخاريّة التجاريّة الأولى التي عملَت بنجاح في المناجم. كان المبدأ بسيطًا بالكامل، ومرتكزًا على المعرفة – التي كانت جديدةً نسبيًّا في ذلك الوقت – بالقوّة الكبيرة للضغط الجويّ. تمّ وضعُ مكبَس كبير داخل عجلة مغلقة، بحيث تمتلئ المساحة في جانب واحدٍ بالبخار. أدّى تبريد البخار إلى تكثيفه وتحويله إلى ماء، ولم يبقَ في هذه المساحة سوى الفراغ، تقريبًا. نتيجةً لذلك – لم تكن في الجانب الآخر من المكبَس مقاومةٌ للضغط الجويّ في الجانب الثاني، فدفعَ الضغطُ المكبسَ إلى الأمام بقوّةٍ ملحوظة. تمّ ربطُ المكبَس بالمضخّة، التي رفعت الماء، بدورها، من المنجم.
تصليح جدّيّ
تمّ بناء محرّكات نيوكومب كثيرة واستخدامها في تلك الفترة، عِلمًا أنها لم تكن ذات فائدة تُذكر، وكانت هناك حاجةٍ إلى كميّاتٍ كبيرة من الفحم. لكن، عام 1764، طُلِبَ من الشاب جيمس واط – الذي كان آنذاك يعمل في جامعة غلاغزو بصفة "مُصنِّع أجهزة حسابيّة" – تصليح محرِّك نيوكومب لم يكن يعمل بشكل جيّد. لاحظ واط من فوره أنّ الماكنة التي وُضِعَت بين يديه لم تكن تشكو من شيء، ولكنّ المبدأ التي تقومُ عليه خاطئ. عام 1765، سجّلَ واط اختراعه الأكبر، الذي ضاعف "بضربةٍ واحدة" فائدة المحرّكات البخاريّة عدة مرات. من المنطقيّ أن نفترض بأنّه لولا اختراعه لكانت الثورة الصناعيّة قد حدَثَت بصورةٍ أبطأ بكثير. فهِمَ واط أنّ أغلبية الحرارة التي يتم توليدها في محرّك نيوكومب تُصرَف على تحمية المكبَس وجوانب العجلة في كلّ دورةٍ من دورات العمل، باعتبار أنّ ارتفاع الحرارة ينبغي أن يعود فيُبرّدها، من أجل تكثيف البخار. في مقابل ذلك، وفي محرّك واط، بقيَ المكبَس والعجلة ساخنيْن طول الوقت، بينما تمّ تكثيف البخار في وعاءٍ منفصل، يبقى باردًا كلّ الوقت. بهذه الطريقة، فإن الماء وحده حين يكون في الحالة السائلة سيتحوّل إلى بخار، وبعدها سيتكثف ويعود من جديد إلى الحالة السائلة. إنّ كلّ ما ينبغي فعله هو تصليح الصمّامات، بشكلٍ يجعلها تُدخِل وتُخرِج البخار عبر فتحِها وإغلاقِها في اللحظات المناسبة لكلّ عمليّة (دورة).
مع التحسين الذي طرأ على نجاعة المحرّك البخاريّ، ازداد الطلب على استخدام الطاقة لأهداف أخرى، وليس فقط لهدف استخراج الماء، ما يعني أن الأمر كان يتعلّق بالحركة الدائريّة. طوَّر واط طريقةً مبتكَرة وذكيّة لتحويل التحرّك المخروطيّ (الذهاب والإياب) إلى حركة دائريّة. بالإضافة إلى ذلك، ولجعل العمليّة "أكثر سلاسةً"، بل حتّى لمضاعفة القوة، أدخَلَ واط بخارًا لجانبيْ المكبَس، الواحد تلوَ الآخر (بالتناوب). أدّى هذا التطوير إلى تحرير محرّكات البخار، أخيرًا، من استخدام الضغط الجويّ لتحريك المكبَس، ومهّدَ الطريق إلى استخدام البخار بضغطٍ عالٍ، الأمر الذي عارضه واط بالذات.
التوربينات
خلال الـ150 سنة اللاحقة، وصلت محرّكات واط (وإنْ لم يكن بصيغتِها الأصليّة ولكن بصيَغ مُحسَنة كثيرة) إلى السفن، القطارات والماكينات في المصانع حول العالَم. كانت الخطوة الكبيرة التالية هي تطوير توربينات بخاريّة، فيها بخارٌ عالي الضغط يُحرّك نظامَ الشفرات الدوّارة. تتمتّع التوربينات بإيجابيّةِ الدوران المباشرة بسرعة كبيرة، وهي صفةٌ تُعتبر التوربينات بفضلها وسيلةً مثاليّةً لتحريك المولّدات الكهربائيّة (الدينامو). تم اختراع التوربينات عام 1884، ولكنّ استخدامها الواسع لم يتطوّر إلا بعد مرور سنواتٍ كثيرة. أمّا اليوم، فتُعتبر التوربينات هي المسؤولةً عن إصدار أغلبية الكهرباء في العالَم. ومن سخرية القدر، كان واط قد اخترع، أيضًا، ما هو "عكس" التوربينة – المروحة الدافعة، التي تدفع الماء إلى الخلف وتحرّك السفنَ إلى الأمام. أطلق على ذلك اسم "المجداف اللولبي".
رَجُل الأفكار
كان واط مليئًا بالأفكار مثل ثمرة الرمّان، وكان قد سجّل كثيرًا منها كحقوق ملكيّة فكريّة ("براءة اختراع")، على سبيل المثال – جهاز لنسخ التماثيل، ماكِينة محمولة لرسم الطبيعة من منظور ما، و"عربة بخاريّة" تُستخدَم بشكلٍ عاديّ، مركبةٌ كان يمكنه من خلالها حتّى استبدال المشي، والسفر بها مع مقابلٍ ماديّ! ولكنّ واط كان شخصًا محترمًا ومتواضعًا ليس مثله شخصٌ آخر. رغم حاجته إلى المال، رفض اقتراحًا مُغريًا طرحَهُ عليه الفرنسيّون عام 1786 مقابل براءة اختراعه، لأنّ الخطّة كانت، حسب رأيه، "تناقض المصالح الإنجليزيّة" (لا تنسوا أنه كان أسكتلنديًّا!). في مرحلة لاحقة من حياته، رفض أيضًا لقب "بارون" الذي طلبت السُّلطات منحَه إياه.
هل تعرفون عُلماءَ كثيرين كانوا سيتصرّفون هكذا اليوم؟
وفاة جيمس واط
توفي واط عن عمرٍ يُناهز الثالثة والثمانين، وتحديداً في عام 1819م، واعترافاً بفضله أُطلق اسمه على وحدة القياس الكهربائية والميكانيكية المعروفة بالواط، والكيلوواط يُعادل 1.34 حصاناً، كما أقيم له العديد من النصُب والتماثيل في بريطانيا، واسكوتلندا، والعديد من دول أوروبا كتكريمٍ لأعماله.
المراجع :
James Watt by Andrew Carnegie (1905)
James Watt by Thomas H. Marshall (1925)
Archives of Soho at Birmingham Central Library.
BBC History: James Watt
Revolutionary Players website
Cornwall Record Office Boulton & Watt letters
Significant Scots - James Watt
"Chapter 8: The Record of the Steam Engine". www.history.rochester.edu. Retrieved 2009-07-06.
من موقع المعرفة
https://www.marefa.org/%D8%AC%D9%8A%D9%85%D8%B3_%D9%88%D8%A7%D8%B7
إرسال تعليق