1. Giới thiệu
James Watt là một nhà phát minh, kỹ sư cơ khí và nhà hóa học người Scotland. Ông nổi tiếng với việc cải tiến động cơ hơi nước, giúp tạo ra một bước đột phá trong cuộc Cách mạng Công nghiệp. Những đóng góp của Watt không chỉ thúc đẩy ngành công nghiệp sản xuất mà còn ảnh hưởng sâu rộng đến giao thông, năng lượng và khoa học kỹ thuật.
Tên đầy đủ: James Watt
Ngày sinh: 19 tháng 1 năm 1736
Nơi sinh: Greenock, Scotland
Ngày mất: 25 tháng 8 năm 1819
Lĩnh vực hoạt động: Cơ khí, kỹ thuật, hóa học
Cống hiến chính: Cải tiến động cơ hơi nước, phát minh khái niệm “mã lực”, đơn vị đo công suất (Watt) được đặt theo tên ông.
2. Tuổi thơ và giáo dục
James Watt sinh ra trong một gia đình có truyền thống kinh doanh hàng hải và đóng tàu. Cha ông là một kỹ sư đóng tàu và chủ doanh nghiệp, trong khi mẹ ông là một người phụ nữ thông minh và có học thức.
Ngay từ nhỏ, Watt đã bộc lộ tài năng đặc biệt trong toán học và cơ khí. Ông thường tháo rời và lắp ráp lại các thiết bị, đồng thời tự chế tạo nhiều dụng cụ khoa học. Tuy nhiên, do sức khỏe yếu, Watt không thể theo học chính quy liên tục.
Năm 18 tuổi, ông đến Glasgow để học nghề chế tạo dụng cụ khoa học. Sau đó, ông tiếp tục hành trình đến London, nơi ông học nghề chế tạo dụng cụ đo lường chính xác. Sau một năm, ông quay trở lại Glasgow và bắt đầu sự nghiệp của mình.
3. Những đóng góp và phát minh quan trọng
3.1. Cải tiến động cơ hơi nước
Vào thế kỷ 18, động cơ hơi nước đã được sử dụng nhưng vẫn còn nhiều hạn chế. Năm 1763, khi đang làm việc tại Đại học Glasgow, Watt nhận nhiệm vụ sửa chữa một động cơ hơi nước Newcomen – loại động cơ phổ biến thời bấy giờ.
Sau khi nghiên cứu, Watt nhận ra rằng động cơ này tiêu tốn quá nhiều nhiên liệu do thất thoát nhiệt khi làm mát xi-lanh. Năm 1765, ông đưa ra sáng kiến buồng ngưng tụ riêng biệt, giúp giảm hao phí nhiệt năng và tăng hiệu suất của động cơ.
Những cải tiến này đã giúp động cơ hơi nước trở nên mạnh mẽ hơn, tiết kiệm nhiên liệu hơn và có thể ứng dụng rộng rãi trong sản xuất và giao thông. Đây là một trong những yếu tố chính thúc đẩy Cách mạng Công nghiệp.
3.1.1. Hợp tác với Matthew Boulton
Do thiếu vốn để phát triển động cơ của mình, Watt đã hợp tác với Matthew Boulton, một doanh nhân giàu có. Năm 1775, họ thành lập công ty Boulton & Watt, chuyên sản xuất và cải tiến động cơ hơi nước.
Boulton không chỉ cung cấp tài chính mà còn giúp Watt thương mại hóa động cơ của mình. Nhờ đó, đến năm 1781, Watt tiếp tục cải tiến động cơ hơi nước bằng cách phát minh ra cơ chế chuyển động quay, giúp nó có thể ứng dụng trong các nhà máy dệt, khai thác mỏ và ngành công nghiệp khác.
3.2. Phát minh khái niệm “Mã lực” (Horsepower)
Watt nhận thấy cần có một đơn vị đo lường công suất để giúp khách hàng hiểu được sức mạnh của động cơ hơi nước. Vì vậy, ông đã đưa ra khái niệm “mã lực” (horsepower – HP), định nghĩa là lượng công suất cần thiết để nâng một khối lượng 550 pound (250 kg) lên cao 1 foot trong một giây.
Khái niệm này nhanh chóng được sử dụng rộng rãi và trở thành chuẩn mực kỹ thuật cho các động cơ. Ngày nay, mã lực vẫn được dùng để đo công suất của động cơ ô tô và các loại máy móc khác.
3.3. Đơn vị Watt – Vinh danh James Watt
Để tôn vinh những đóng góp của James Watt, tổ chức Đo lường Quốc tế (SI) đã đặt tên đơn vị công suất là “Watt” (W) vào năm 1889. Đây là đơn vị đo công suất chính thức trong hệ đo lường quốc tế, biểu thị năng lượng tiêu thụ hoặc sinh ra trong một giây.
Ví dụ:
- Một bóng đèn 100W tiêu thụ 100 joule năng lượng mỗi giây.
- Một máy tính tiêu thụ khoảng 200-500W khi hoạt động.
3.4. Những đóng góp khác
Ngoài cải tiến động cơ hơi nước, Watt còn nghiên cứu và phát triển nhiều thiết bị khác như:
- Máy sao chép tài liệu – tiền thân của máy photocopy hiện đại.
- Công trình nghiên cứu hóa học – ông phát hiện ra phương pháp sản xuất chlorine và nghiên cứu thành phần hóa học của nước.
- Máy đo áp suất hơi nước – giúp đo lường chính xác hiệu suất của động cơ.
4. Ảnh hưởng của James Watt đến Cách mạng Công nghiệp
Cải tiến động cơ hơi nước của Watt đã thúc đẩy sự phát triển mạnh mẽ của ngành công nghiệp:
- Ngành sản xuất: Động cơ hơi nước được sử dụng rộng rãi trong nhà máy dệt, luyện kim, khai thác than.
- Ngành giao thông: Tàu thủy chạy bằng hơi nước giúp tăng cường thương mại, tàu hỏa hơi nước ra đời, giúp di chuyển nhanh hơn.
- Năng lượng: Động cơ hơi nước trở thành nền tảng của hệ thống sản xuất điện sau này.
Nhờ những đóng góp của Watt, Cách mạng Công nghiệp bước vào giai đoạn phát triển bùng nổ, biến nước Anh thành trung tâm công nghiệp lớn nhất thế giới vào thế kỷ 19.
5. Những năm cuối đời và di sản
Năm 1800, Watt nghỉ hưu và dành thời gian nghiên cứu khoa học, sáng tạo. Ông sống những năm cuối đời trong sự tôn vinh và kính trọng từ cộng đồng khoa học.
Ngày 25 tháng 8 năm 1819, James Watt qua đời ở tuổi 83 tại Heathfield Hall, Birmingham.
Để tưởng nhớ ông:
- Tượng đài James Watt được dựng tại nhiều nơi ở Anh và Scotland.
- Tên ông được đặt cho nhiều trường đại học, đường phố, và học bổng khoa học.
- Hình ảnh Watt xuất hiện trên tờ tiền giấy Anh.
6. Kết luận
James Watt là một trong những nhà phát minh vĩ đại nhất trong lịch sử. Những cải tiến của ông đối với động cơ hơi nước đã đặt nền móng cho Cách mạng Công nghiệp, thay đổi hoàn toàn cách con người làm việc, sản xuất và di chuyển.
Ngày nay, dù động cơ hơi nước không còn phổ biến, những nguyên lý mà Watt đề xuất vẫn được áp dụng rộng rãi trong kỹ thuật cơ khí, điện lực và công nghệ hiện đại. Với những cống hiến to lớn của mình, James Watt mãi mãi là biểu tượng của sự sáng tạo, kiên trì và tầm nhìn vượt thời đại.
