تصاویر/ گذر به زندگی و اختراعات جیمز وات

مراد سلیمی | جیمز وات (زاده ۱۹ ژانویه ۱۷۳۶ - مرگ ۲۵ آگوست ۱۸۱۹) فیزیکدان و مخترع مشهور اسکاتلندی و پدر انقلاب صنعتی است. جیمز وات با تکمیل دیگ بخار خدمت بزرگی به فیزیک و مکانیک کرد. اختراع چگالگر بخار توسط وی موجب صرفه‌جویی زیادی در مصرف سوخت و گسترش استفاده از نیروی بخار شد.

او یکی از مهندسان مکانیک مشهور قرن ۱۷ میلادی است که با بهبود موتور بخار، توانست تاثیر بزرگی در انقلاب صنعتی داشته باشد. به‌خاطر تلاش‌های فراوان وات در گسترش علم، واحد بین‌المللی توان به نام او یعنی «وات» ثبت شده است. باور عمومی بر این است که جیمز وات، مخترع ماشین بخار است. در صورتی که حقیقت کمی با این باور متفاوت است. ماشین یا موتور بخار، ابتدا در سال ۱۷۱۲ توسط نیوکامن اختراع شد. وات سال‌ها بعد در سال ۱۷۸۱ این ماشین را بهبود بخشید و یکی از پایه‌های انقلاب صنعتی را بنا نهاد.

وات متولد ۱۷۳۶ است و تا هجده سالگی از پدر و مادرش تعلیم دیده و به مدرسه رسمی نرفته بود. او از هجده سالگی به یادگیری ساخت ابزار می‌پردازد و پس از مدتی که یک مغازه فروش ابزار‌های مهندسی را اداره می‌کند، به‌عنوان یکی از کارمندان دانشگاه گلاسکو در همین زمینه مشغول به‌کار می‌شود.

وات در ابتدا تنها وسایل مهندسی دانشگاه را تعمیر می‌کرده و بعضا برخی از آن‌ها را بهبود می‌بخشیده است. پس از چند سال او با همکاری جان کریگ‌بک کسب‌وکار جدید را در زمینه تولید اسباب‌بازی و وسایل موسیقی شروع می‌کند.

داستانی در مورد اختراع ماشین بخار توسط وات تعریف می‌شود که در آن، او با الهام از حرکت درب کتری با بخار، ماشین بخار را اختراع می‌کند. اگرچه این داستان صحیح نیست، اما برای تعریف کردن سیستم‌های گرمایی برای کودکان و توضیح کلی روند توسعه ماشین بخار، مفید است. داستان واقعی به این صورت است که جیمز وات در زمان کار در دانشگاه گلاسکو، به ساختمان موتور‌های بخار علاقه‌مند می‌شود.

او با مطالعه دقیق ماشین‌های بخار موجود به این نتیجه می‌رسد که این ماشین‌ها به‌خاطر گرم و سرد کردن مداوم سیلندر، بازدهی پایینی دارند. وات تصمیم می‌گیرد که طراحی این ماشین‌ها را بهبود ببخشد و در همین راستا، با اضافه کردن یک کندانسور جدید، بازدهی، قدرت و صرفه اقتصادی ماشین بخار را بهبود می‌بخشد.

گفته می‌شود که جیمز وات مخترع اسکاتلندی که اغلب از او به‌عنوان مخترع ماشین بخار یاد می‌شود، چهره اصلی انقلاب صنعتی است. البته چنان‌که گفته شد وات در واقع اولین سازنده ماشین بخار نیست. «هرو او آلکساندریا» در قرن اول میلادی ابزار‌های مشابهی را توصیف کرده بود، در سال ۱۶۹۸ «توماس ساوری» ماشین مشابهی را به‌ثبت رساند که برای تلمبه کردن آب از آن استفاده می‌شد و در ۱۷۱۲ «توماس نیوکامن» نوع پیشرفته‌تری از آن را به‌ثبت رساند. با وجود این ماشین ساخته شده توسط نیوکامن کارآیی بسیار کمی داشت و آن را فقط برای خارج کردن آب از معادن زغال‌سنگ به‌کار می‌گرفتند.

وات با اینکه فقط یک دوره کارآموزی یک‌ساله را در زمینه ابزارسازی گذرانده بود، ولی از استعداد ابداع و نوآوری فراوانی برخوردار بود. وی در سال ۱۷۶۴ هنگامی که مشغول تعمیر یک مدل از ماشین‌های نیوکامن بود به ماشین بخار علاقه‌مند شد. وات اصلاحاتی آنچنان مهم و ارزنده در ماشین اختراعی نیوکامن به عمل آورد که به این خاطر می‌توان او را مخترع اولین ماشین بخار و در واقع پدر انقلاب صنعتی اروپا نامید. اولین تغییر مهم وات که در سال ۱۷۶۹ به ثبت رساند، اضافه کردن یک محفظه جداگانه تراکم بخار بود. او همچنین با عایق‌بندی سیلندر بخار را مجزا کرد و در سال ۱۷۸۲ ماشین دوطرفه را اختراع کرد. تمام این‌ها همراه با چند فقره تغییرات و اصلاحات کوچک‌تر به کارآیی بیشتر ماشین‌های بخار منتج شد. این ازدیاد کارآیی عملا به معنای تفاوت بین یک ابزار ماهرانه، ولی نه‌چندان قابل استفاده با وسیله‌ای با توان صنعتی فراوان بود.

وات در سال ۱۷۸۱ با اختراع یکسری چرخ‌دنده، حرکت تناوبی موتور را به حرکت دورانی تبدیل کرد. با استفاده از این ابزار بر موارد استفاده از موتور بخار به شکل چشمگیری افزوده شد. علاوه بر انجام اصلاحات و تغییرات گوناگون وات در سال ۱۷۸۸ پروانه تنظیم دو موتور، وسیله‌ای که امکان کنترل اتوماتیک سرعت موتور را فراهم آورد، فشارسنج (۱۷۸۹) شمارشگر (کنتور) نشانگر و شیر فشارشکن را اختراع کرد. وات که خود فاقد استعداد لازم در کار‌های تجاری بود، در سال ۱۷۷۵ به اتفاق «ماتیو بولتون» که مهندسی چیره‌دست و معامله‌گری توانا بود شرکتی تاسیس کرد، طی ۲۵ سال بعد شرکت وات - بولتون تعداد زیادی موتور‌های بخار تولید و به بازار عرضه کرد که در نتیجه ثروت سرشاری نصیب آن دو شد.

وقتی که از وات به‌عنوان پدر انقلاب صنعتی یاد می‌شود در اصل در باب اهمیت ماشین بخار او مبالغه و گزافه‌گویی نمی‌شود، زیرا درست است که بسیاری از اختراعات دیگر در انقلاب صنعتی نقش داشته‌اند؛ مثلا در معدن و متالوژی و در بسیاری از ماشین‌آلات صنعتی پیشرفت‌های فراوانی پدید آمد. معدودی از اختراعات مانند دستگاه نساجی (جان‌کی، ۱۷۳۳) و ماشین نخ‌ریسی (جیمز هارگریوز، ۱۷۶۴) قبل از کار‌های وات عرضه شدند.

مخترعان دیگر اختراعات و پیشرفت‌هایی هر چند کوچک پدید آوردند؛ ولی هیچ‌یک از آن‌ها به تنهایی نمی‌توانستند برای انقلاب صنعتی حیاتی باشند. تمامی آن‌ها با موتور بخار که نقش کاملا تعیین‌کننده‌ای داشت و بدون آن انقلاب صنعتی به کلی چیز دیگری بود، تفاوت عمده‌ای داشتند.

قبل از آن اگرچه از نیروی آب و باد برای به گردش درآوردن چرخ آسیاب‌ها استفاده می‌شود، ولی منبع اصلی نیرو همواره عضلات انسان بود. استفاده از این عامل ظرفیت تولید صنعتی را به کلی محدود می‌کرد. با اختراع ماشین بخار این محدودیت برطرف شد.

پس از آن انرژی بسیار زیادی برای تولید در دسترس بود و مرتبا نیز به میزان آن افزوده می‌شد. تحریم نفتی سال ۱۹۷۳ یک اخطار جدی بود که چگونه کمبود انرژی می‌تواند به سیستم صنعتی ضربه وارد کند. این تجربه تا حدی بیانگر اهمیت انقلاب صنعتی ناشی از اختراعات وات است.

ماشین بخار صرف‌نظر از تامین منبع انرژی برای کارخانه‌ها، موارد استفاده مهم دیگری نیز داشت. در سال ۱۷۸۳ «مارکیز دو جفروی» موفق شد ماشین بخار را برای به حرکت درآوردن یک قایق به‌کار گیرد. در سال ۱۸۰۴ «ریچارد ترویتیک» اولین لکوموتیو بخار را ساخت. اگرچه هیچ‌یک از این مدل‌های اولیه از لحاظ تجاری با توفیق همراه نبود، اما در خلال چند دهه کشتی بخار و راه‌آهن، حمل‌ونقل دریایی و زمینی را دستخوش تحولی بنیادین کرد.

برای نخستین‌بار ماشین بخار در صنعت نخ‌ریسی استوانه‌ای به‌کار گرفته شد و پس از سال ۱۷۹۰ که از ماشین بخار برای به حرکت در آوردن ماشین‌های نخ‌ریسی کرامپتن (مول) استفاده شد، امکان احداث کارخانه‌های بزرگ در شهر‌ها فراهم شد.

البته این امر به معنای زوال و پسرفت کارخانه‌های روستا‌ها نبود. برعکس، تعداد کارخانه‌های روستایی هم به‌شدت بالا رفت و این روند افزایش تا پایان دهه نخست سده نوزدهم ادامه یافت، تا حدی به این دلیل که ماشین‌های آبی (که با نیروی آب به حرکت درمی‌آمد) طی کار ارتعاش کمتری داشتند و برای تهیه نخ‌های ظریف‌تر از ماشین‌های بخار مناسب‌تر بود.

اما رشد و توسعه کارخانه‌های شهری بسیار پرشتاب و سریع بود، در سال ۱۷۸۲ در منچستر تنها دو دستگاه ماشین تهیه نخ پنبه‌ای وجود داشت، در سال ۱۸۰۲ این تعداد به ۵۲ دستگاه رسید و در سال ۱۸۱۱ نخ چهارپنجم پارچه‌های پنبه‌ای که در لنکشر تولید می‌شد، در کارخانه‌های ریسندگی مول و عمدتا در شهر‌ها رشته می‌شد.

«ت. س. اشتن» نویسنده کتاب «انقلاب صنعتی» (انتشارات علمی- فرهنگی ترجمه احمد تدین) در ادامه نوشته‌اش درباره نوآوری‌های صنعتی در اروپا به‌ویژه انگلستان به داستان اختراع و تجاری شدن ماشین بخار توسط جیمز وات اشاره می‌کند و تحولات ایجاد شده در صنعت را در پی این تحول برمی‌شمارد. البته این امر قابل‌ذکر است که وات فردی خوش‌اقبال بود، چون دستیاران بسیار خوبی داشت.

تحقیقات بلک، بنیانگذار نخستین اصول، سرمایه و شرکت بولتن، نبوغ ویلکینسن، مهارت فنی مرداک و صنعتگران جنوب که بیشترشان در گمنامی مردند، همه و همه برای ساختن موتور بخار لازم بودند. نبوغ وات در آن نبود که برای نخستین‌بار شیوه‌های تجربه و آزمایش علمی را که در علوم محض مورد استفاده قرار می‌گیرد در صنعت به‌کار گرفت، بلکه در آن بود که توانست اندیشه‌های دیگران را به شیوه‌ای درست تلفیق کند و مها‌رت‌های متنوعی را که برای ایجاد مکانیزمی بس پیچیده لازم بود یکجا گرد آورد.

به هر حال، انقلاب صنعتی با انقلاب آمریکا و انقلاب فرانسه هم‌زمان بود. امروز می‌توانیم دریابیم که تاثیر انقلاب صنعتی در زندگی روزانه بشر به مراتب عظیم‌تر از هریک از آن دو انقلاب سیاسی بوده است، هرچند این نکته هنگام بروز آن انقلابات آنچنان بدیهی و مسلم نبود به همین دلیل جیمز وات را باید یکی از تاثیرگذارترین چهره‌های تاریخ دانست.