James Watt FRS, FRSE (/wɒt/; 30 Januari 1736 (19 Januari 1736 OS) - 25 Agustus 1819)[a] adalah seorang penemu, insinyur mesin, dan ahli kimia asal Skotlandia yang menyempurnakan mesin uap Newcomen tahun 1712 milik Thomas Newcomen dengan mesin uap Watt pada tahun 1776, yang sangat penting dalam perubahan yang dibawa oleh Revolusi Industri baik di negara asalnya, Britania Raya, maupun di seluruh dunia.
Saat bekerja sebagai pembuat instrumen di Universitas Glasgow, Watt menjadi tertarik pada teknologi mesin uap. Pada saat itu, para insinyur seperti John Smeaton menyadari ketidakefisienan mesin Newcomen dan bertujuan untuk memperbaikinya. Wawasan Watt menyadari bahwa desain mesin kontemporer membuang banyak energi dengan berulang kali mendinginkan dan memanaskan kembali silinder. Watt memperkenalkan peningkatan desain, kondensor terpisah, yang menghindari pemborosan energi ini dan secara radikal meningkatkan daya, efisiensi, dan efektivitas biaya mesin uap. Akhirnya, ia mengadaptasi mesinnya untuk menghasilkan gerakan berputar, sehingga memperluas penggunaannya di luar memompa air.
Watt berusaha mengkomersialkan penemuannya, namun mengalami kesulitan keuangan yang besar hingga ia menjalin kemitraan dengan Matthew Boulton pada tahun 1775. Perusahaan baru Boulton dan Watt akhirnya sangat sukses dan Watt menjadi orang kaya. Di masa pensiunnya, Watt terus mengembangkan penemuan-penemuan baru meskipun tidak ada yang sepenting karya mesin uapnya.
Ketika Watt mengembangkan konsep tenaga kuda, satuan daya SI, watt, dinamai menurut namanya.
Biografi
Kehidupan awal dan pendidikan
James Watt lahir pada tanggal 19 Januari 1736 di Greenock, Renfrewshire, anak sulung dari lima bersaudara dari pasangan Agnes Muirhead (1703-1755) dan James Watt (1698-1782). Ibunya berasal dari keluarga terhormat, berpendidikan tinggi dan dikatakan berkarakter kuat, sedangkan ayahnya adalah seorang pembuat kapal, pemilik kapal dan kontraktor, dan menjabat sebagai kepala baillie Greenock pada tahun 1751. Kekayaan keluarga Watt sebagian berasal dari perdagangan budak dan barang-barang yang diproduksi oleh budak yang dilakukan oleh ayah Watt. Orang tua Watt adalah penganut Presbiterian dan penganut Kovenan yang kuat, namun terlepas dari pendidikan agamanya, ia kemudian menjadi seorang deis. Kakek Watt, Thomas Watt (1642-1734), adalah seorang guru matematika, survei, dan navigasi serta baillie untuk Baron of Cartsburn.
Awalnya, Watt dididik di rumah oleh ibunya, kemudian melanjutkan pendidikannya di Greenock Grammar School. Di sana ia menunjukkan bakatnya dalam bidang matematika, sementara bahasa Latin dan Yunani tidak menarik minatnya.
Watt dikatakan menderita sakit yang berkepanjangan sebagai seorang anak dan sering sakit kepala sepanjang hidupnya.
Setelah meninggalkan sekolah, Watt bekerja di bengkel-bengkel bisnis ayahnya, menunjukkan ketangkasan dan keterampilan yang cukup besar dalam membuat model teknik. Setelah ayahnya mengalami kegagalan dalam usaha bisnis, Watt meninggalkan Greenock untuk mencari pekerjaan di Glasgow sebagai pembuat instrumen matematika.
Patung Watt di Galeri Potret Nasional Skotlandia
Saat berusia 18 tahun, ibu Watt meninggal dan kesehatan ayahnya mulai menurun. Watt pergi ke London dan mendapatkan pelatihan sebagai pembuat alat musik selama satu tahun (1755-56), kemudian kembali ke Skotlandia, menetap di kota komersial utama Glasgow, dan berniat untuk mendirikan bisnis pembuatan alat musiknya sendiri. Dia masih sangat muda dan, karena belum menjalani masa magang penuh, tidak memiliki koneksi yang biasa melalui mantan master untuk memantapkan dirinya sebagai pembuat instrumen keliling.
Watt terselamatkan dari kebuntuan ini oleh kedatangan instrumen astronomi yang diwariskan oleh Alexander MacFarlane ke Universitas Glasgow dari Jamaika - instrumen yang membutuhkan perhatian ahli. Instrumen-instrumen ini akhirnya dipasang di Observatorium Macfarlane. Setelah itu, tiga profesor menawarinya kesempatan untuk mendirikan sebuah bengkel kecil di dalam universitas. Hal ini dimulai pada tahun 1757 dan dua dari profesor tersebut, yaitu fisikawan dan ahli kimia Joseph Black serta ekonom terkenal Adam Smith, menjadi teman Watt.
Pada awalnya, dia bekerja untuk memelihara dan memperbaiki instrumen ilmiah yang digunakan di universitas, membantu demonstrasi, dan memperluas produksi kuadran. Dia membuat dan memperbaiki kuadran pemantul kuningan, penggaris paralel, timbangan, suku cadang untuk teleskop, dan barometer, di antaranya.
Penulis biografi seperti Samuel Smiles menyatakan bahwa Watt berjuang keras untuk membangun dirinya di Glasgow karena mendapat tentangan dari Trades House, namun hal ini dibantah oleh sejarawan lain, seperti Harry Lumsden. Catatan dari periode ini terpisah-pisah, tetapi meskipun jelas bahwa Watt menghadapi pertentangan, ia tetap dapat bekerja dan berdagang sebagai pekerja logam yang terampil, menunjukkan bahwa Incorporation of Hammermen merasa puas karena ia memenuhi persyaratan keanggotaan mereka, atau bahwa Watt berhasil menghindari pertentangan langsung dari mereka.
Pada tahun 1759, ia membentuk kemitraan dengan John Craig, seorang arsitek dan pengusaha, untuk memproduksi dan menjual berbagai produk termasuk alat musik dan mainan. Kemitraan ini berlangsung selama enam tahun ke depan, dan mempekerjakan hingga 16 pekerja. Craig meninggal pada tahun 1765. Salah satu karyawannya, Alex Gardner, akhirnya mengambil alih bisnis ini, yang berlangsung hingga abad ke-20.
Pada tahun 1764, Watt menikahi sepupunya Margaret (Peggy) Miller, yang kemudian dikaruniai 5 orang anak, 2 di antaranya hidup hingga dewasa: James Jr (1769-1848) dan Margaret (1767-1796). Istrinya meninggal saat melahirkan pada tahun 1773. Pada tahun 1777, ia menikah lagi, dengan Ann MacGregor, putri seorang pembuat pewarna Glasgow, yang kemudian dikaruniai 2 orang anak: Gregory (1777-1804), yang menjadi ahli geologi dan mineralogi, dan Janet (1779-1794). Ann meninggal pada tahun 1832. Antara tahun 1777 dan 1790 ia tinggal di Regent Place, Birmingham.
Studi dan Penemuan Ilmiah
Watt dan ketel
Ada sebuah cerita populer bahwa Watt terinspirasi untuk menciptakan mesin uap setelah melihat ketel mendidih, uapnya memaksa tutup ketel naik dan dengan demikian menunjukkan kepada Watt kekuatan uap. Kisah ini diceritakan dalam berbagai bentuk; di beberapa cerita Watt adalah seorang anak muda, di cerita lain dia lebih tua, terkadang ketel ibunya, terkadang bibinya, menunjukkan bahwa cerita ini mungkin apokrif. Bagaimanapun, Watt tidak menemukan mesin uap, tetapi secara signifikan meningkatkan efisiensi mesin Newcomen yang sudah ada dengan menambahkan kondensor terpisah, konsisten dengan prinsip-prinsip efisiensi termal yang sekarang dikenal. Kisah ini kemungkinan diciptakan oleh putra Watt, James Watt, Jr, yang bertekad untuk melestarikan dan memperindah warisan ayahnya. Dalam hal ini, kisah ini bisa dilihat mirip dengan kisah Isaac Newton dan apel yang jatuh serta penemuan gravitasi.
Meskipun mungkin hanya mitos, kisah Watt dan ketel memiliki dasar faktanya. Dalam upaya memahami termodinamika panas dan uap, James Watt melakukan banyak eksperimen laboratorium dan buku hariannya mencatat bahwa dalam melakukan eksperimen tersebut, ia menggunakan ketel sebagai ketel untuk menghasilkan uap.
Eksperimen awal dengan uap
Pada tahun 1759, teman Watt, John Robison, menarik perhatiannya pada penggunaan uap sebagai sumber tenaga penggerak. Desain mesin Newcomen, yang telah digunakan selama hampir 50 tahun untuk memompa air dari tambang, hampir tidak mengalami perubahan sejak pertama kali digunakan. Watt mulai bereksperimen dengan uap, meskipun dia belum pernah melihat mesin uap yang beroperasi. Dia mencoba membuat sebuah model; model tersebut tidak bekerja dengan memuaskan, tetapi dia melanjutkan eksperimennya dan mulai membaca semua yang dia bisa tentang subjek tersebut. Dia kemudian menyadari pentingnya panas laten-energi panas yang dilepaskan atau diserap selama proses suhu konstan-dalam memahami mesin, yang tanpa sepengetahuan Watt, temannya, Joseph Black, telah menemukannya beberapa tahun sebelumnya. Pemahaman tentang mesin uap masih sangat primitif, karena ilmu termodinamika baru akan diformalkan hampir 100 tahun lagi.
Pada tahun 1763, Watt diminta untuk memperbaiki sebuah model mesin Newcomen milik universitas. Bahkan setelah diperbaiki, mesin tersebut nyaris tidak berfungsi. Setelah melakukan banyak eksperimen, Watt menunjukkan bahwa sekitar tiga perempat energi panas dari uap digunakan untuk memanaskan silinder mesin pada setiap siklus. Energi ini terbuang percuma karena, di akhir siklus, air dingin disuntikkan ke dalam silinder untuk mengembunkan uap untuk mengurangi tekanannya. Dengan demikian, dengan berulang kali memanaskan dan mendinginkan silinder, mesin membuang sebagian besar energi panasnya daripada mengubahnya menjadi energi mekanik.
Wawasan kritis Watt, yang diperoleh pada Mei 1765 saat ia melintasi taman Glasgow Green, adalah menyebabkan uap mengembun di ruang terpisah yang terpisah dari piston, dan mempertahankan suhu silinder pada suhu yang sama dengan uap yang diinjeksikan dengan cara mengelilinginya dengan "jaket uap." Dengan demikian, hanya sedikit energi yang diserap oleh silinder pada setiap siklus, sehingga lebih banyak energi yang tersedia untuk melakukan pekerjaan yang bermanfaat. Watt memiliki model yang berfungsi pada tahun yang sama.
Meskipun desainnya berpotensi untuk diterapkan, masih ada kesulitan besar dalam membangun mesin skala penuh. Hal ini membutuhkan lebih banyak modal, beberapa di antaranya berasal dari Black. Dukungan yang lebih besar datang dari John Roebuck, pendiri Carron Iron Works yang terkenal di dekat Falkirk, yang kini menjalin kemitraan dengannya. Roebuck tinggal di Kinneil House di Bo'ness, dan selama waktu itu Watt bekerja untuk menyempurnakan mesin uapnya di sebuah pondok yang bersebelahan dengan rumah tersebut. Cangkang pondok tersebut, dan bagian yang sangat besar dari salah satu proyeknya, masih ada di bagian belakang.
Kesulitan utamanya adalah dalam pengerjaan piston dan silinder. Para pekerja besi pada masa itu lebih mirip pandai besi daripada ahli mesin modern, dan tidak dapat memproduksi komponen dengan presisi yang memadai. Banyak modal yang dihabiskan untuk mendapatkan hak paten atas penemuan Watt. Karena kekurangan sumber daya, Watt terpaksa bekerja - pertama sebagai surveyor, kemudian sebagai insinyur sipil - selama 8 tahun.
Roebuck bangkrut, dan Matthew Boulton, yang memiliki pabrik Soho Manufactory di dekat Birmingham, memperoleh hak patennya. Perpanjangan hak paten hingga tahun 1800 berhasil diperoleh pada tahun 1775.
Melalui Boulton, Watt akhirnya memiliki akses ke beberapa pekerja besi terbaik di dunia. Kesulitan pembuatan silinder besar dengan piston yang pas dipecahkan oleh John Wilkinson, yang telah mengembangkan teknik pengeboran presisi untuk pembuatan meriam di Bersham, dekat Wrexham, Wales Utara. Watt dan Boulton membentuk kemitraan yang sangat sukses, Boulton dan Watt, yang berlangsung selama 25 tahun berikutnya.
Mesin pertama
Pada tahun 1776, mesin pertama dipasang dan bekerja di perusahaan komersial. Mesin pertama ini digunakan untuk menggerakkan pompa dan hanya menghasilkan gerakan bolak-balik untuk menggerakkan batang pompa di bagian bawah poros. Desain ini sukses secara komersial, dan selama lima tahun berikutnya, Watt sangat sibuk memasang lebih banyak mesin, sebagian besar di Cornwall, untuk memompa air dari tambang.
Mesin-mesin awal ini tidak diproduksi oleh Boulton dan Watt, tetapi dibuat oleh orang lain sesuai dengan gambar yang dibuat oleh Watt, yang berperan sebagai insinyur konsultan. Pemasangan mesin dan penggeledahannya diawasi oleh Watt, pada awalnya, dan kemudian oleh orang-orang yang dipekerjakan oleh perusahaan, dengan pekerjaan yang sebenarnya dilakukan oleh pembeli mesin. Para pengawas yang mengawasi pemasangan mesin ini antara lain William Murdoch, John Rennie, William Playfair, John Southern, Logan Henderson, James Lawson, William Brunton, Isaac Perrins, dan lainnya.
Mesin-mesin tersebut merupakan mesin-mesin yang besar. Mesin pertama, misalnya, memiliki silinder dengan diameter 50 inci dan tinggi keseluruhan sekitar 24 kaki, dan membutuhkan konstruksi bangunan khusus untuk menampungnya. Boulton dan Watt mengenakan pembayaran tahunan, sama dengan sepertiga dari nilai batu bara yang dihemat dibandingkan dengan mesin Newcomen yang melakukan pekerjaan yang sama.
Bidang aplikasi untuk penemuan ini sangat meluas ketika Boulton mendesak Watt untuk mengubah gerakan bolak-balik piston untuk menghasilkan tenaga rotasi untuk menggiling, menenun, dan menggiling. Meskipun engkol tampak sebagai solusi yang jelas untuk konversi, Watt dan Boulton terhalang oleh paten untuk hal ini, yang pemegangnya, James Pickard dan rekan-rekannya mengusulkan untuk melisensikan kondensor eksternal. Watt dengan tegas menentang hal ini dan mereka menghindari paten tersebut dengan perlengkapan matahari dan planet mereka pada tahun 1781.
Selama enam tahun berikutnya, ia melakukan perbaikan dan modifikasi lain pada mesin uap. Salah satunya adalah mesin kerja ganda, di mana uap bekerja secara bergantian di kedua sisi piston. Dia menggambarkan metode untuk bekerja dengan uap secara "ekspansif" (yaitu, menggunakan uap pada tekanan di atas atmosfer). Sebuah mesin gabungan, yang menghubungkan dua atau lebih mesin, dijelaskan. Dua paten lainnya diberikan untuk ini pada tahun 1781 dan 1782. Sejumlah perbaikan lain yang memudahkan pembuatan dan pemasangan terus dilakukan. Salah satunya adalah penggunaan indikator uap yang menghasilkan plot informatif tekanan dalam silinder terhadap volumenya, yang ia simpan sebagai rahasia dagang. Penemuan penting lainnya, salah satu yang paling dibanggakan oleh Watt, adalah hubungan gerakan paralel, yang sangat penting dalam mesin kerja ganda karena menghasilkan gerakan garis lurus yang diperlukan untuk batang silinder dan pompa, dari balok goyang yang terhubung, yang ujungnya bergerak dalam busur melingkar. Ini dipatenkan pada tahun 1784. Katup throttle untuk mengontrol kekuatan mesin, dan governor sentrifugal, yang dipatenkan pada tahun 1788, untuk menjaganya agar tidak "kabur" sangat penting. Semua perbaikan ini menghasilkan mesin yang lima kali lebih hemat bahan bakar daripada mesin Newcomen.
Karena bahaya meledaknya boiler, yang masih dalam tahap pengembangan yang sangat primitif, dan masalah kebocoran yang masih terus terjadi, Watt membatasi penggunaan uap bertekanan tinggi - semua mesinnya menggunakan uap yang mendekati tekanan atmosfer.
Uji coba paten
Edward Bull mulai membuat mesin untuk Boulton dan Watt di Cornwall pada tahun 1781. Pada tahun 1792, ia mulai membuat mesin dengan desainnya sendiri, namun memiliki kondensor terpisah, sehingga melanggar hak paten Watt. Dua bersaudara, Jabez Carter Hornblower dan Jonathan Hornblower Jnr juga mulai membuat mesin pada waktu yang hampir bersamaan. Yang lainnya mulai memodifikasi mesin Newcomen dengan menambahkan kondensor, dan pemilik tambang di Cornwall menjadi yakin bahwa paten Watt tidak dapat ditegakkan. Mereka mulai menahan pembayaran kepada Boulton dan Watt, yang pada tahun 1795 mengalami masa-masa sulit. Dari total £21.000 (setara dengan £2.310.000 pada tahun 2021) yang harus dibayarkan, hanya £2.500 yang diterima. Watt terpaksa pergi ke pengadilan untuk menegakkan klaimnya.
Dia pertama kali menggugat Bull pada tahun 1793. Juri memutuskan untuk memenangkan Watt, tetapi pertanyaan apakah spesifikasi asli dari paten tersebut valid atau tidak diserahkan kepada persidangan lain. Sementara itu, perintah pengadilan dikeluarkan terhadap para pelanggar, memaksa pembayaran royalti mereka untuk ditempatkan di escrow. Persidangan untuk menentukan keabsahan spesifikasi yang diadakan pada tahun berikutnya tidak meyakinkan, tetapi perintah tetap berlaku dan para pelanggar, kecuali Jonathan Hornblower, semuanya mulai menyelesaikan kasus mereka. Hornblower segera diadili pada tahun 1799, dan putusan keempatnya secara tegas memenangkan Watt. Teman mereka, John Wilkinson, yang telah memecahkan masalah pemboran silinder yang akurat, adalah kasus yang sangat menyedihkan. Dia telah membuat sekitar 20 mesin tanpa sepengetahuan Boulton dan Watt. Mereka akhirnya setuju untuk menyelesaikan pelanggaran tersebut pada tahun 1796. Boulton dan Watt tidak pernah menagih semua yang menjadi hak mereka, tetapi semua perselisihan diselesaikan secara langsung di antara kedua belah pihak atau melalui arbitrase. Persidangan ini sangat mahal dalam hal uang dan waktu, tetapi pada akhirnya berhasil bagi perusahaan.
Mesin fotokopi
Sebelum tahun 1780, tidak ada metode yang baik untuk membuat salinan surat atau gambar. Satu-satunya metode yang terkadang digunakan adalah metode mekanis dengan menggunakan beberapa pena yang terhubung. Watt pada awalnya bereksperimen untuk memperbaiki metode ini, namun segera menyerah karena pendekatan ini sangat tidak praktis. Dia malah memutuskan untuk mencoba memindahkan tinta secara fisik dari bagian depan dokumen asli ke bagian belakang lembaran lain, dibasahi dengan pelarut, dan ditekan ke dokumen asli. Lembar kedua harus tipis, supaya tinta dapat terlihat melaluinya apabila salinannya disorotkan ke arah cahaya, sehingga dapat mereproduksi aslinya secara persis.
Watt mulai mengembangkan proses ini pada tahun 1779, dan melakukan banyak eksperimen untuk memformulasikan tinta, memilih kertas tipis, merancang metode untuk membasahi kertas tipis khusus, dan membuat mesin cetak yang sesuai untuk menerapkan tekanan yang tepat guna menghasilkan pemindahan. Semua ini memerlukan banyak eksperimen, tetapi ia segera berhasil mematenkan prosesnya setahun kemudian. Watt membentuk kemitraan lain dengan Boulton (yang menyediakan pembiayaan) dan James Keir (untuk mengelola bisnis) dalam sebuah perusahaan bernama James Watt and Co. Kesempurnaan penemuan ini membutuhkan lebih banyak pekerjaan pengembangan sebelum dapat digunakan secara rutin oleh orang lain, tetapi hal ini dilakukan selama beberapa tahun ke depan. Boulton dan Watt menyerahkan saham mereka kepada putra-putra mereka pada tahun 1794. Penemuan ini menjadi sukses secara komersial dan digunakan secara luas di kantor-kantor bahkan hingga abad ke-20.
Disadur dari: en.wikipedia.org