James Watt

19. ledna 1736 – 9. srpna 1819
vynálezce parního stroje

James Watt se narodil v Greenocku jako jedno z pěti dětí rodiny Wattovi. Jeho matka Anežka Muirheadová pocházela ze staré skotské šlechtické rodiny. Byla to vznešená dáma, přitom byla velmi milá, srdečná a hlavně inteligentní. Jamesův otec zdědil tesařskou dílnu, ve které se mu tak dařilo, že zaměstnával na 40 dělníků. Podnikání chtěl rozšířit i na lodní dopravu, ale v tu chvíli ho štěstí opustilo, nákladní loď ztroskotala i s celým nákladem, a tak Wattova rodina přišla o všechno jmění.

James Watt.
Zdroj: Techmania Science Center. Autor: Pavel Trnka. Under Creative Commons.

Jamesovo zdraví bylo tak chatrné, že v prvních letech nemohl chodit ani do školy a musela ho učit jeho matka geometrii doma. Do školy začal chodit až ve 14 nebo 15 letech, v době, kdy to dovolil jeho zdravotní stav. Ve škole vynikal jen v matematice, fyzice a geometrii, v ostatních předmětech neprospíval zrovna nejlíp. Měl však šikovné ruce a tuto dovednost dokázal spojovat s mnoha nápady, které uplatňoval v otcově dílně při opravách astronomických přístrojů a různých námořnických pomůcek, konstruoval zmenšeniny rumpálů, pump, jeřábů, kladkostrojů a jiných. Pro svou šikovnost byl miláčkem celé dílny, jeden z dělníků o něm řekl: „Jamie má štěství v konečcích svých prstů.“ [3].

Když roku 1753 zemřela Jamesova matka, začal přemýšlet o svém budoucím povolání. Na studia neměla zchudlá Wattova rodina peníze, proto se chlapec rozhodl, že se bude zdokonalovat v jemné mechanice. Obrátil se na svého strýce, bratra matky, a ten ho v Glasgowě s radostí přijal. V osmnácti letech se tedy začal učit optikem a mechanikem. Jeho mistr se ale více zabýval prodejem zrcadel a brýlí, vyrobou houslí, udic a rybářského náčiní. Mezitím se seznámil s bratrem svého spolužáka Andersona (později se stal profesorem fyziky v Glasgowě), který mu propůjčil svou odbornou knihovnu a uvedl ho do společnosti učených lidí v Glasgowě. Z Glasgowa odešel do Londýna, kde si na krátkou dobu sehnal místo hodináře a skončil u výrobce matematických přístrojů Johna Morgana. Bohužel onemocněl, a tak se v roce 1757 vrátil zpět do Glasgowa. Nejprve si chtěl v Glasgowě zřídit dílnu jemného mechanika, ale kovářský cech neuznal roční učení v Londýně a zřízení dílny mu nepovolil. Na pomoc Wattovi přišla Glasgowská univerzita, která zdědila několik astronomických přístrojů v žalostném stavu. Watt je opravil a na základě této práce získal místo univerzitního mechanika a dvě místnosti pro dílnu. Opravoval různé astronomické a optické přístroje a připravoval k pokusům a demonstracím fyzikální pomůcky, dokonce pomáhal provádět fyzikální a chemické pokusy. Záhy si získal pověst všeuměla. Profesor Joseph Black ho dokonce požádal o sestrojení varhan do svého bytu. Po důkladném prostudování problému, provedení několika pokusů zhotovil dokonalý a přesný nástroj, který budil všeobecný údiv.

Jak se zrodil velký nápad

V roce 1763 přivezli do univerzitní dílny rozbitý model Newcomenova ohňového stroje na opravu. Watt nic takového dříve neviděl, ale nakonec stroj opravil a uvedl do chodu. Ohňový stroj se mu moc nelíbil, bylo to těžké, nevzhledné monstrum, které spotřebovalo nepředstavitelné množství uhlí, měla–li ho pára z kotle rozhýbat. Nechal se svých přítelem Johnem Robinsonem přemluvit, aby se pokusil o sestrojení modelu samohybného parního vozu. S konstrukcí začal roku 1759, ale neuspěl. Jeho vozidlo, do něhož zabudoval dva Newcomenovy válce, nejezdilo.

Později ale začal o ohňovém stroji opět přemýšlet. Navštěvoval přednášky Josepha Blacka o teple, studoval literaturu, dokonce se naučil francouzsky, protože v angličtině bylo málo dobré literatury. Přitom se dověděl mnoho užitečných teoretických poznatků. Postupně dospěl k závěru, že Newcomenův ohňový stroj je proto tak nehospodárný, že se v něm neustále zvyšuje a snižuje teplota. Válec se musel nejdříve párou zahřát tak, aby se v něm pára nesrážela a aby se píst jejím tlakem zvedl, a po chvíli ho bylo třeba naopak ochladit, aby se pára srazila ve vodu a píst se mohl vrátit do původní polohy. Řešení, jak využít páru hospodárněji (bylo ji zapotřebí několikrát víc, než byl obsah válce), však stále nenacházel.

Jednoho hezkého nedělního odpoledne, bylo to v květnu roku 1765, si Watt vyšel na procházku parkem a za město. V hlavě se mu honila jedna myšlenka za druhou a všechny se týkaly kotlů, válců a pístů, vahadel, páry. Opět, tak jako mnohokrát předtím, přemýšlel o ohňovém stroji, o jeho nedostatcích. A najednou dostal nápad! Okamžitě chtěl běžet do dílny, ale zavčas si uvědomil, že je neděle, a ta se ve Skotsku držela jako sváteční den. Musel čekat až do pondělka, ale to, co ho na procházce napadlo, si stále v duchu opakoval: „pára se nesmí srážet přímo v parním válci, ten musí být neustále horký... musí se srážet v jiné, oddělené a studené nádobě s podtlakem... a tato nádoba bude spojena s válcem a pára se do ní bude přivádět, aby zkondenzovala, srazila se“. Tak se zrodil největší Wattův vynález. Oddělený kondenzátor byl na světě. Jenže od nápadu k jeho uskutečnění bylo ještě daleko.

Dlouhá cesta k realizaci

Nakreslit plány nebylo tak obtížné jako sehnat dobrého mechanika, který by byl schopen přesně vyrobit součástky. Stal se proto učitelem svých dělníků, sám si je vychovával, zhotovoval pro ně přesně pracující stroje. Sestavení modelu kondenzátoru a konstrukce celého nového stroje bylo tak ﬁnančně náročné, že se James Watt zadlužil. Musel hledat někoho, kdo by mu ﬁnančně pomohl. Na přímluvy známých se jeho společníkem stal bývalý lékař dr. Roebuck. Vlastnil železárny v Carronu, tam by stroj určitě využil, a myslel i na případné obchody, až začnou Wattovy stroje prodávat. Nebyl to žádný lidumil ani dobročinný mecenáš, a proto smlouva, kterou mezi sebou oba partneři uzavřeli, byl mírně řečeno – nerovná: dvě třetiny zisku měly připadnout Roebuckovi a jen jedna vynálezci Wattovi. Po vleklých obtížích Watt konečně zkonstruoval model stroje, na nějž dostal po zdolání ﬁnančních i formálních nástrah v Londýně 5. ledna 1769 patent vedený pod číslem 913. Patent zněl na „nově vynalezený způsob zmenšení spotřeby páry a paliva v ohňových strojích“.

James Watt v roce 1815.
Zdroj: National Portrait Gallery, London. Autor: Charles Turner. Under Creative Commons.

Roebuck naléhal na Watta, aby okamžitě postavil ne model, ale skutečný, prakticky využitelný stroj. Watt ho tedy v říjnu 1769 zkonstruoval, ale stroj nefungoval, protože přesně odlitý píst ve válci netěsnil, pára v kondenzátoru se nesrážela a výrobek měl ještě celou řadu závad. Po dvanácti letech práce a ﬁnančních problémů byl Watt zoufalý, zklamaný, potřeboval další peníze na nové zkoušky, ale ty už neměl ani jeho společník. Chtěl příliš rychle zbohatnout, koupil nevýhodně doly, poslední peníze vsadil na Wattův stroj a náhle se ocitl na mizině, zbankrotoval. Watt byl nucen zrušit i svou mechanickou dílnu, která ho živila a získal velmi špatně placené místo vedoucího inženýra při stavbě Clydského průplavu. Watt dostal nabídku od průmyslníka Matthewa Boultona z Birminghamu. Pod podmínkou, že pokusný stroj bude funkční, že přeruší spolupráci s Roebuckem, že veškerá práva převede na Boultona a že prodlouží patentovou ochranu až do roku 1800, získá Boultonovu ﬁnanční podporu. Watt vše přijal a splnil. Roku 1774 se Watt s Boultonem dohodli a založili společnou ﬁrmu Boulton & Watt, která měla továrnu v Soho. Zde Watt našel daleko lepší dělníky než u Roebucka a brzy sestrojil velký parní stroj, ale majitelé dolů nechtěli nový stroj pořizovat kvůli jeho vysoké ceně. Watt nabídl továrníkům, že stroj sestrojí zdarma, ale dostane třetinu uspořeného uhlí. Brzy se ukázalo, že tento nápad byl pro Watta i Boultona velmi výhodný.

Radostné časy mu zkazila zpráva o vážné nemoci manželky. Rychle spěchal domů do Glasgowa, ale bohužel přišel pozdě. Smutek se snažil zakrýt intenzivní a usilovou prací. V červenci 1776 se podruhé oženil.

Boulton & Watt

Watt vyřešil všechny problémy, Boulton zajistil výrobu součástek a postavený stroj konečně úspěšně pracoval. V roce 1776 prodali dva Wattovy přístroje, jeden pro odvodňování dolů v Tiptonu v hrabství Staffordshire a druhý k pohonu dmychadel u vysokých pecí v Brosley. Za rok koupili první Wattův stroj majitelé cínových dolů v Cornwallu. Tam pracovalo v roce 1778 přes 70 Newcomenových strojů, ale do roku 1790 je skoro všechny nahradili výkonějšími a hospodárnějšími Wattovými stroji, které spotřebovaly asi čtyřikrát méně paliva. Newcomenovým ohňovým strojů, a to i těm vylepšeným, zvonil pomalu umíráček a ﬁrmě Boulton & Watt se objednávky jen hrnuly. Firma si v dalších letech vedla poměrně dobře, dodávala i do zahraničí. Přesto byla prodělečná a Boulton ji musel ﬁnancovat z ostatní podnikatelské činnosti. Objevila se i konkurence, která stavěla Wattovy stroje navzdory patentu.

Wattův parní stroj.
Zdroj: MERTA, F. James Watt. Praha: Československá graﬁcká Unie, 1936.

Watt svůj stroj postupně vylepšoval, takže se mohl používat v různých odvětvích průmyslu. Už to nebyl jen stroj k pohonu důlních čerpadel, ale Watt ho přizpůsobil zabudováním planetového soukolí (roku 1781) i na otáčivý pohyb a za rok dostal patent i na svůj dvojčinný parní stroj. Tím, že zcela uzavřel válec, mohla pára působit na píst z obou stran, tedy nejenom zdola, ale místo atmosférického tlaku i shora. Roku 1788 vybavil stroj ještě odstředivým regulátorem a dalšími menšími úpravami vývoj svého parního stroje v podstatě dokončil. V roce 1785 ještě Wattův spolupracovník William Murdock zkonstruoval posouvač na rozvod páry ve válci, a tím se vývoj prvního upotřebitelného parního stroje skončil. Murdock v letech 1781 až 1786 sestrojil tři modely tříkolových vozů poháněných parou.

Fotografie Wattova parního stroje dodaného roku 1776.
Zdroj: MERTA, F. James Watt. Praha: Československá graﬁcká Unie, 1936.

Jakmile roku 1800 zanikla platnost jeho prvního patentu, odešel z továrny na odpočinek. V Heathﬁeldu ve Wallesu si koupil rozlehlý dům, kde si zařídil dílnu a staral se o zahradu. Z prvního manželství měl pět dětí, z druhého dvě, které však jako malé zemřely. Syn James se stal otcovým nástupcem (jako první vyplul z anglických přístavů s parní lodí) a vnuk J. W. Gilson Watt (syn dcery) se stal dědicem.

Wattova laboratoř.
Zdroj: MERTA, F. James Watt. Praha: Československá graﬁcká Unie, 1936.

Do Čech se parní stroj dostal až roku 1810, když jeho součásti přivezl hrabě Buquoy z Anglie a věnoval je pražské polytechnice, kde jako mechanik působil Josef Božek. Ten dostal za úkol parní stroj sestavit.

Kromě parního stroje vynalezl Watt v roce 1778 kopírovací stroj, který kopíroval papíry popsané speciálním inkoustem. Zavedl používání chloru a parních sušiček v textilním průmyslu a měření hustot kapalin pomocí trubic do U. Zasloužil se o zavedení mezinárodní soustavy jednotek. Zajímavé je hodnocení Wattovy osoby jeho současníky, např. Walterem Scottem: “Tento mocný vládce živlů, který zkrátil čas i prostor, tento kouzelník, jehož stroje změnily svět, jejichž účinky my za naprosto neobyčejného působení podle všeho zdání teprve v samých začátcích prožíváme, tento muž byl nejenom vynikajícím přísným a opravdovým učencem s plodným kombinančním darem pro zhodnocení sil a využití číselných hodnot, pokud se jich dá prakticky využít, ale také člověkem z nejlepších a nejlaskavějších. Tento živý, přátelský a blahovolný starý pán věnoval vždy každé jemu dané otázce svou plnou pozornost a byl vždycky každému hotov posloužiti.“ [3]

Těsně před smrtí bylo Jamesi Wattovi nabídnuto povýšení do šlechtického stavu, ale odmítl. Zůstal věrný svému prostému původu. Dne 19. srpna 1819 v Heathﬁeldu zemřel. Byl pochován ve Westminsteru po boku velikánů anglické vědy. Lord Brougham opatřil podstavec sochy na jeho hrobě tímto nápisem [4]:

Ne, aby zvěčnili jméno,
jež trvati musí, dokud pokvetou podniky míru,
nýbrž aby ukázali,
že lidstvo dovede ctíti ony,
kteří vděčnosti jeho nejvíce hodni jsou,
postavil král,
jeho ministři a mnozí šlechtici,
jakož i jiní občané království
JAMESU WATTOVI,
jenž sílu tvůrčího ducha
ve vědeckém bádání záhy cvičeného
ku zlepšení parního stroje obrátil,
tím pomůcky vlasti rozmnožil
a sebe povznesl na vynikající místo
mezi neslavnější muže vědy
a skutečné dobrodince světa.