Infographic

สร้างและออกแบบสื่อ Infographic ความรู้วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

E-Book

รวบรวมหนังสือ/เอกสารอิเล็กทรอนิกส์ ที่ผู้อ่านสามารถอ่านผ่านอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์

Science and Technology Article

รวบรวมบทความ/สื่อตีพิมพ์ ด้านวิทยาศาสตร์ เทคโนโลยี และนวัตกรรม

Mobile Application

Mobile Application ภายใต้ความร่วมมือของหน่วยงานในสังกัดกระทรวง

นักวิทยาศาสตร์ เจมส์ วัตต์ (James Watt)

รายละเอียด: 

เจมส์ วัตต์ (James Watt) (19 มกราคม ค.ศ. 1736 - 19 สิงหาคม ค.ศ. 1819) วิศวกรและนักประดิษฐ์ ชาวสกอตแลนด์ ผู้ปรับปรุงเครื่องปั่นด้าย Spinning Jenny จนนำสหราชอาณาจักรไปสู่ยุคของการปฏิวัติอุตสาหกรรม โดยเฉพาะอุตสาหกรรมการผลิตและการต่อเรือ และทำให้สหราชอาณาจักรเป็นเจ้าอาณานิคมในเวลาต่อมา เครื่องจักรของวัตต์เป็นต้นแบบของเครื่องจักรที่ใช้น้ำมันในปัจจุบัน เขาเป็นผู้บัญญัติศัพท์ แรงม้า เป็นวิธีคำนวณประสิทธิภาพการทำงานของเครื่องจักร และชื่อของเขาได้รับไปตั้งเป็น หน่วยกำลังไฟฟ้า ในระบบหน่วยเอสไอ

 

เจมส์ วัตต์ เกิดใน กรีนนอค (Greenock) เมืองท่าของ อ่าวไคลด์ (Firth of Clyde) พ่อชื่อ โทมัส วัตต์ เป็นช่างไม้และช่างต่อเรือผู้เป็นเจ้าของเรือและรับเหมางานช่าง มารดาเป็นผู้มีการศึกษาจากตระกูลผู้ดี ทั้งคู่เป็นคริสเตียนที่เคร่งครัด แต่ฐานะทางครอบครัวค่อนข้างยากจน เขาจึงต้องเรียนแบบโฮมสคูลโดยมีมารดาเป็นผู้สอน เขาถนัดคณิตศาสตร์ และสนใจเทววิทยาของสกอตแลนด์ แต่อ่อนวิชาภาษาละตินและภาษากรีกโบราณ แต่เขาก็ได้รับพื้นฐานงานช่างจากการช่วยงานของบิดา [1]

มารดาของวัตต์เสียชีวิตเมื่อวัตต์อายุ 17 ปี และบิดาก็เริ่มสุขภาพไม่ดี เขาจึงไปหางานทำที่กลาสโกว์ (Glasgow) ได้งานผู้ช่วยช่างในร้านทำเครื่องใช้แห่งหนึ่ง โดยหลังเลิกงานยังเรียนต่อในช่วงเย็นถึงค่ำ การโหมงานและเรียนทำให้สุขภาพของวัตต์อ่อนแอมาก ทำให้เขาต้องลาออกจากงานและเดินทางไปลอนดอนเพื่อเรียนการผลิตเครื่องชั่งตวงวัด (Measuring instrument making) เมื่อเรียนอยู่ได้ 1 ปี ระหว่างนั้นได้เกิดสงครามยุโรปขึ้น รัฐบาลเกณฑ์ชายหนุ่มเข้าฝึกทหาร แต่วัตต์ไม่ชอบสงคราม จึงได้กลับกลาสโกว์ สกอตแลนด์ ตั้งใจจะตั้งต้นธุรกิจเครื่องชั่งตวงวัดของตน แต่เนื่องจากขาดคุณสมบัติ เพราะกฎหมายของเมือง ต้องจดทะเบียนกับสมาคมพ่อค้า ซึ่งผู้จดทะเบียนได้ต้องเป็นบุตรของพ่อค้า หรือเคยฝึกงานอย่างน้อย 7 ปี สมาคมช่างกลาสโกว์ (Glasgow Guild of Hammerman) วัตต์จึงถูกระงับใบอนุญาต แม้ว่าไม่มีช่างทำเครื่องชั่งตวงวัดที่มีความแม่นยำในสกอตแลนด์ก็ตาม ทำให้วัตต์ต้องหางานอย่างอื่นทำ

ในที่สุด วัตต์พ้นทางตันโดยศาสตราจารย์แห่งมหาวิทยาลัยกลาสโกว์ให้โอกาสวัตต์ทำงานในตำแหน่ง พนักงานผู้ช่วยศาสตราจารย์ (ช่างซ่อมเครื่องมือ) ทำหน้าที่ดูแล ประดิษฐ์และซ่อมบำรุงเครื่องมือ เครื่องจักร สื่อการสอน โดยได้รับค่าจ้างปีละ 35 ปอนด์ วัตต์ได้ตั้งร้านและโรงงานขนาดเล็กภายในมหาวิทยาลัยนั้นเองเมื่อปี พ.ศ. 2300 ซึ่งหนึ่งในศาสตราจารย์เหล่านั้น โจเซฟ แบล็ค (Joseph Black) นักฟิสิกส์เคมีชาวสกอตซึ่งเป็นผู้ค้นพบว่าอากาศประกอบด้วยสารหลายชนิดและค้นพบก๊าซคาร์บอนไดอ็อกไซด์ ซึ่งต่อมาได้กลายเป็นเพื่อนสนิทและที่ปรึกษาของเขา

ทำให้เขาประสบความสำเร็จในการพัฒนาผลงานดั้งเดิมของนักวิทยาศาสตร์รุ่นพี่ให้ใช้งานได้อย่างสมบูรณ์ที่สุด

 

หลังจากเปิดร้าน 4 ปี วัตต์เริ่มทำงานเกี่ยวกับเครื่องจักรไอน้ำด้วยการแนะนำของเพื่อนของวัตต์เองคือศาสตราจารย์จอห์น โรบินสัน (John Robison) ขณะนั้นเขายังไม่เคยรู้จักกลไกเครื่องจักรไอน้ำเลย แต่ก็มีความสนใจมาก และได้พยายามลองสร้างจากเครื่องจักรต้นแบบ ซึ่งผลไม่น่าพอใช้ แต่ก็ยังมุทำงานต่อไปและเริ่มศึกษาทุกอย่างที่เกี่ยวข้องเท่าที่จะทำได้ และก็ได้ค้นพบด้วยตนเองเกี่ยวกับ นัยสัมพันธ์ของ ความร้อนแฝง (latent heat) ที่เกี่ยวข้องกับการทำงานของเครื่องจักร โดยไม่รู้ว่าแบล็คได้ค้นพบอย่างโด่งดังไปแล้วเมื่อหลายปีก่อน

ในปีพ.ศ. 2306 วัตต์ได้ทราบว่ามหาวิทยาลัยกลาสโกว์เป็นเจ้าของเครื่องจักรไอน้ำต้นแบบของ นิวโคเมน (Newcomen engine) ซึ่งเป็นอาจารย์ในมหาวิทยาลัยนั้น แต่เครื่องต้นแบบถูกส่งไปซ่อมพัฒนาที่ลอนดอน ซึ่งทำให้วัตต์ได้แนวทางที่จะปรับปรุงต่อจากเครื่องจักรที่ขนาดใหญ่แต่ทำงานล่าช้านี้ ให้กะทัดรัดขึ้นและให้ทำงานได้แบบต่อเนื่อง(ไม่มีจังหวะนิ่ง) วัตต์จึงร้องขอให้มหาวิทยาลัยนำเครื่องจักรต้นแบบดังกล่าวกลับมาให้เขาซ่อมเองโดยไม่คิดค่าตอบแทน

การผลิตเครื่องจักรเต็มรูปแบบ นอกจากจะต้องใช้ความวิริยะอุตสาหะอย่างยาวนานแล้ว ยังต้องใช้เงินทุนจำนวนมากในการประดิษฐ์และดำเนินการจดสิทธิบัตรเครื่องจักรกลหนัก (ground-breaking) ซึ่งเป็นข้อบังคับในยุคนั้น ทุนส่วนหนึ่งมาจากภรรยา แต่ส่วนใหญ่มาจากแบล็ค ขณะที่การประกอบชิ้นส่วนได้รับสนับสนุนจาก จอห์น โรบัค (John Roebuck) ผู้ก่อตั้งโรงงานรีดเหล็กคาร์รอน ใกล้ฟัลเคิร์ค (Falkirk) ซึ่งช่วยจัดหาหุ้นส่วน พ.ศ. 2316 (1773) วัตต์เริ่มปรับปรุงเครื่องจักรไอน้ำ แต่ความยุ่งยากประการใหญ่อยู่ที่การไสกลึงลูกสูบและกระบอกสูบให้เข้ากัน ทั้งคนงานรีดขณะนั้นก็เป็นช่างตีเหล็กมากกว่าเป็นช่างเครื่องจักรกล เมื่อใช้เวลาทดลองวิจัยนาน ผู้ให้ทุนจึงเลิกไป

โดยนำเครื่องยนต์ทั้งหมดมาใส่ไว้ในโลหะทรงกระบอก ต่อท่อให้ไอน้ำเข้าในในเครื่องจักรโดยตรง เพื่อให้ขนาดเครื่องจักรเล็กลง ซึ่งไอน้ำจะเข้าไปดันลูกปืน เพื่อให้เครื่องทำงาน ในระยะแรก ยังมีปัญหา เพราะเมื่อไอน้ำควบแน่นเป็นน้ำ จะทำให้ไอน้ำที่ส่งเข้าไปใหม่กลายเป็นหยดน้ำไปด้วย ทำให้เครื่องจักรทำงานได้ไม่เต็มที่หรือหยุดไป โรบัคเริ่มไม่มั่นใจว่าวัตต์จะประดิษฐ์เครื่องจักรไอน้ำได้ ทั้งยังล้มละลาย จึงไม่อาจสนับสนุนเงินทุนให้เขาอีก เพื่อประหยัดเงินทุน วัตต์ถูกบีบคั้นให้เริ่มรับจ้างเป็นช่างรังวัดถึง 8 ปี และหลังจากทดลองหลายครั้ง เขาแสดงให้เห็นว่า ความร้อนจากไอน้ำถึงประมาณ 80% ถูกสิ้นเปลืองไปเป็นความร้อนใน กระบอกสูบ เพราะไอน้ำในนั้นถูกควบแน่นจากการฉีดน้ำเย็น

อีกต่อมาไม่นาน มัทธิว โบลตัน (Matthew Boulton) เจ้าของโรงงานอุตสาหกรรมหล่อและเครื่องเคลือบโซโฮ ใกล้เบียร์มิงแฮม (Birmingham) ได้เข้าช่วยเหลือเป็นผู้ถือหุ้นใหม่ ในที่สุดวัตต์ก็สามารถแก้ปัญหาได้ในปี พ.ศ. 2319 โดยต่อท่อส่งไอน้ำใหม่เข้าไป แยกต่างหากจากท่อที่ให้ไอน้ำเย็นซึ่งจะกลายเป็นหยดน้ำเป็นอีกท่อหนึ่ง ทำให้ไอน้ำควบแน่นในห้องที่แยกจาก ลูกสูบ เพื่อรักษาอุณหภูมิในกระบอกสูบให้เท่ากับอุณหภูมิขณะอัดไอน้ำ ในไม่ช้าเขาก็สร้างเครื่องต้นแบบที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น และนำมาใช้งานได้จริง เมื่อปลาย พ.ศ. 2308 (1765)

วัตต์จดสิทธิบัตรเครื่องจักรไอน้ำนี้ในชื่อ เครื่องควบแน่นแยก (separate condenser)

ความช่วยเหลือด้านการดำเนินการทางสิทธิบัตรจากโบลตัน ทำให้วัตต์ได้สิทธิบัตรอย่างถูกต้อง ในชื่อเครื่องจักรไอน้ำแบบวัตต์ Watt Steam Engine ซึ่งได้ปรับปรุงให้ทำงานเรียบขึ้นและมีประสิทธิภาพมากขึ้นไปอีก เครื่องจักรไอน้ำที่เขาสร้าง เป็นประโยชน์ในการเพิ่มศักยภาพการผลิตทางอุตสาหกรรม และเป็นที่นิยมอย่างรวดเร็ว นับเป็นจุดเริ่มสู่พัฒนาการของเครื่องจักรต่างๆ และมีผลต่อเนื่องแก่ความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีในทุกแขนง ในที่สุดวัตต์ก็ได้คนงานรีดที่ยอดเยี่ยม ขณะที่ความยากในการประกอบกระบอกสูบขนาดใหญ่ที่แน่นพอดีกับลูกสูบ ก็ถูกแก้ไขโดย จอห์น วิลคินสัน (John Wilkinson) ผู้พัฒนาเทคนิคคว้านลำกล้องที่เที่ยงตรงสำหรับปืนใหญ่ และเมื่อ พ.ศ. 2319 (1776) เครื่องจักรไอน้ำตัวแรกก็ถูกติดตั้งและเริ่มทำงานในอุตสาหกรรมพาณิชย์ เป็นเครื่องสูบแบบเคลื่อนไหวสวนทางเท่านั้น (only reciprocating motion)

การสั่งซื้อมากขึ้นเป็นเทน้ำเทท่า ตลอด 5 ปีถัดไป วัตต์ยุ่งอยู่กับการติดตั้งเครื่องจักรมากขึ้นๆ ส่วนใหญ่จากตำบล คอร์นวอลล์ (Cornwall) สั่งซื้อเครื่องสูบน้ำในเหมือง วัตต์ได้ลูกจ้างคนสำคัญคือ วิลเลียม เมอร์ดอช (William Murdoch) ซึ่งเป็นกำลังสำคัญและต่อมาได้ร่วมถือหุ้นกับพวกเขา ขอบข่ายงานประยุกต์สิ่งประดิษฐ์กว้างขวางขึ้นอย่างมาก หลังจากโบลตันแนะนำให้วัตต์แปลง การเคลื่อนไหวแบบสวนทาง ของลูกสูบ ให้ทำงานแบบหมุน เพื่อการโม่, การทอ และการสีข้าว

แม้ว่า ข้อเหวี่ยง (crank) ดูเหมือนจะเป็นทางออกที่มีเหตุผลเพื่อแปลงหนี้ของห้างหุ้นส่วนวัตต์แอนด์โบลตันที่ถูกเบียดบังเพราะการจดสิทธิบัตรสิ่งนี้ โดยผู้ถือหุ้น จอห์น สตีด และเพื่อน ก็เสนอแนะให้จดสิทธิบัตรแบบพ่วง (cross-licensing) กับเครื่องควบแน่นภายนอก (external condensor) แต่วัตต์คัดค้านเสียงแข็ง (เพราะเป็นการเอาเปรียบผู้ใช้เครื่องจักรไอน้ำ) แล้วพวกเขาก็จดสิทธิบัตรจำกัดเพียง เฟืองสุริยะ (sun and planet gear) [2] เท่านั้น เมื่อ พ.ศ. 2324 (1781)

รูปปั้นวัตต์ใน จตุรัสแชมเบอร์เลน
ตลอดกว่าหกปีต่อมา เขาปรับปรุงและประยุกต์สิ่งประดิษฐ์ที่ใช้กับเครื่องจักรไอน้ำและอุปกรณ์เสริมอีกจำนวนหนึ่ง เช่น

เครื่องจักรสองทาง (double acting engine) ที่ไอน้ำเข้ากระบอกสูบสองข้างในเครื่องเดียว
ลิ้นควบคุมพลังงานไอน้ำ
อุปกรณ์ควบคุมฝีจักรเหวี่ยงจากศูนย์กลาง (centrifugal governor) ที่ป้องกันไม่ให้มันหลุดออกจากกัน ซึ่งสำคัญมาก
เครื่องจักรไอน้ำหลายสูบ (compound engine) สามารถเชื่อมต่อเครื่องจักรถึง 2 ตัวหรือมากกว่า เขาอ้างถึงวิธีใช้งานเครื่องจักรอย่างกว้างขวาง สิทธิบัตรมากกว่า 2 ใบ ได้รับอนุญาตเมื่อ (พ.ศ. 2324) (1781) และ (พ.ศ. 2325) (1782) ซึ่งรวมทั้ง เครื่องจักรโรตารีแบบวัตต์ การจดสิทธิบัตรสิ่งประดิษฐ์ที่สร้างจากข้อเหวี่ยงนี้สำคัญมาก เพราะเครื่องจักรที่ใช้แรงดันไอน้ำไปหมุนวงล้อได้อย่างมีประสิทธิภาพ เป็นต้นแบบให้เกิดเครื่องจักรไอน้ำสำหรับงานในวงการอื่นตามมามากมาย
หนึ่งในสิ่งประดิษฐ์สำคัญที่วัตต์ภูมิใจที่สุดคือ ข้อต่อประสานสามคาน หรือ การเคลื่อนที่แบบคู่ขนาน (three-bar linkage หรือ Parallel motion) ทำให้การเคลื่อนที่เป็นเส้นตรงสำหรับ ก้านกระบอกสูบ (cylinder rod) ที่เชื่อมกับ คานส่งกำลัง (connected rocking beam) และสุดที่ โค้งครึ่งวงกลม ผลงานนี้ได้จดสิทธิบัตรเมื่อ พ.ศ. 2327 (1784) เมื่อผลิตประกอบกับเครื่องจักร สามารถเพิ่มประสิทธิภาพได้ถึง 5 เท่า เทียบกับเครื่องจักรของนิวโคเมนที่ใช้เชื้อเพลิงแบบเดียวกัน
เครื่องจักรตีเหล็ก เมื่อ พ.ศ. 2327 (1784) [3]
เครื่องจักรปั่นฝ้าย เมื่อ พ.ศ. 2328 (1785) [3]
มาตรวัดแรงดันไอน้ำ (steam indicator diagram) ซึ่งชี้บอก ความดันในรูปกระบอกสูบ พร้อมกับ ปริมาตรของกระบอกสูบ ที่สเกลสวนทางกัน ซึ่งเขาเก็บเป็นความลับทางการค้า
และการปรับปรุงอื่นอีกมากที่ประดิษฐ์ง่ายกว่าและเพิ่มการติดตั้งไม่ขาดสาย

วัตต์ยังได้ริเริ่ม วิธีคำนวณประสิทธิภาพการทำงานของเครื่องจักร โดยใช้ม้าที่แข็งแรง 1 ตัว สามารถยกของหนัก 33,000 ปอนด์ เป็นระยะทาง 1 ฟุต ในเวลา 1 นาที เรียกกำลังปริมาณนี้ว่า 1 แรงม้า ใช้เป็นค่ามาตรฐานเปรียบเทียบกับการทำงานของเครื่องจักรต่างๆ
(ค่านี้อาจเทียบใหม่เป็น 33,00 ฟุต/1 ปอนด์/1 นาที ก็ได้ ซึ่งเป็นค่ามาตรฐานของ 1 แรงม้า ในปัจจุบัน)

เนื่องจากอันตรายจากหม้อน้ำระเบิดและรอยรั่วที่จะตามมา วัตต์จึงถูกคัดค้านในครั้งแรกที่จะใช้ไอน้ำความดันสูง ซึ่งจำเป็นสำหรับเครื่องจักรของเขาที่ใช้ไอน้ำใกล้ความดันบรรยากาศ (atmospheric pressure) (14.7 ปอนด์/นิ้ว2) (แต่ความสำเร็จในการใช้ไอน้ำแรงดันสูงเกิดขึ้นในภายหลังโดย โอลิเวอร์ อีวานส์ (Oliver Evans) และ ริชาร์ด เทรวิทิค (Richard Trevithick) ในชื่อ เครื่องจักรไอน้ำแบบชาวคอร์นิช (Cornish engines) ซึ่งใช้ วาล์วนิรภัย ซึ่งทำหน้าที่ปล่อยความดันที่เกินออก)

เมื่อ พ.ศ. 2337 (1794) ทั้งสองได้จดทะเบียน ห้างหุ้นส่วนจำกัด โบลตันแอนด์วัตต์ (Boulton and Watt) ซึ่งประกอบเครื่องจักรไอน้ำแต่เพียงผู้เดียว และประสบความสำเร็จมากตลอด 25 ปี กลายเป็นวิสาหกิจขนาดใหญ่ ประมาณ พ.ศ. 2367 (1824) ก็ได้ผลิต เครื่องจักรไอน้ำ 1164 (1164 steam engines) ที่มีกำลังแรงม้า(ตามนิยามในสมัยนั้น)ถึง 26,000 แรงม้า โบลตันพิสูจน์แล้วว่าเป็นนักธุรกิจที่ยอดเยี่ยม แล้วทั้งคู่ก็สร้างโชคชะตาได้ในที่สุด

วัตต์เป็นนักประดิษฐ์ที่กระตือรือร้น พร้อมกับจินตนาการเปี่ยมล้นซึ่งนำทางให้สำเร็จ เพราะเขาสามารถพบ"การปรับปรุงที่มากกว่าหนึ่ง"เสมอ เขาทำงานด้วยมืออย่างคล่องแคล่ว และยังสามารถใช้เครื่องวัดทางวิทยาศาสตร์อย่างมีระบบเพื่อตรวจผลการสร้างและปรับปรุงของเขา และเข้าใจอย่างถ่องแท้ถึงกลไกที่กำลังทำงานด้วยอยู่ วัตต์เป็นสุภาพบุรุษที่ได้รับการนับถือจากผู้มีชื่อเสียงท่านอื่นในวงการปฏิวัติอุตสาหกรรม เขาเป็นสมาชิกสำคัญของสมาคมจันทรา (Lunar Society) และเป็นที่ต้องการตัวมากขึ้นอีกหลังจากได้พูดคุยคบหา มีผู้สนใจการขยับขยายขอบข่ายงานของเขาเสมอ เขาเป็นนักธุรกิจที่ค่อนข้างขัดสน เพราะเขาเกลียดการซื้อขายเอาเปรียบและทำสัญญากลโกงกับผู้ที่แสวงหาเครื่องจักรไอน้ำไปใช้งานเป็นอย่างมาก ทำให้เขาเกษียณตัวเองในเวลาต่อมา บุคคลที่เกี่ยวข้องทั้งเพื่อนฝูงและหุ้นส่วนชอบอัธยาศัยและคบหาได้นาน และมักวิตกแทนเรื่องปัญหาการเงินเสมอ

 

 

วันที่: 
Tue 13 August 2019
แหล่งที่มา: 
https://th.wikipedia.org/wiki/เจมส์_วัตต์
Hits 9 ครั้ง
QR Code for http://www.stkc.go.th/info/%E0%B8%99%E0%B8%B1%E0%B8%81%E0%B8%A7%E0%B8%B4%E0%B8%97%E0%B8%A2%E0%B8%B2%E0%B8%A8%E0%B8%B2%E0%B8%AA%E0%B8%95%E0%B8%A3%E0%B9%8C-%E0%B9%80%E0%B8%88%E0%B8%A1%E0%B8%AA%E0%B9%8C-%E0%B8%A7%E0%B8%B1%E0%B8%95%E0%B8%95%E0%B9%8C-james-watt