Liên hiệp các hội khoa học và kỹ thuật Việt Nam
Thứ năm, 20/01/2005 22:36 (GMT+7)

James Watt và những phát minh

Thuở nhỏ, James rất ốm yếu nên phải học tại nhà dưới sự hướng dẫn của cha mẹ, mãi tới 11 tuổi, mới bắt đầu đến trường.13 tuổi, tại trường Ngữ Pháp Greenock, ngoài việc học thông thường, James bắt đầuhọc nghề kinh doanh. Việc James làm tốt nhất là chế tạo dụng cụ kim loại một cách chính xác và tinh tế. Nhiều công việc của James liên quan đến ngành hàng hải, ngành công nghiệp chính của Greenock.Hàng cung cấp của James gồm các phương tiện cần cho giao thông hàng hải như thước đo độ, compa và kính viễn vọng. Tuy nhiên, ở tuổi thanh thiếu niên, James mong muốn trở thành nhà chế tạo những dụngcụ khoa học chứ không phải thợ mộc hoặc thợ đóng tàu.

Năm 1754, James rời nhà đến thành phố Đại học để thử vận may. Robert Dick, một nhà khoa học đã dành cho James một công việc tạm thời: sắp xếp và thiết kế một bộ sưu tập các dụng cụ khoa học. Sau đó,với định hướng Luân Đôn mới là nơi sinh sống lý tưởng cho James, Dick viết thư cho James Short, một nhà chế tạo dụng cụ ở Luân Đôn, nhờ nhận Watt vào học việc. Tuy nhiên, do sự cứng nhắc của nhữngnguyên tắc quản trị trong ngành chế tạo dụng cụ ở Luân Đôn nên James Short cũng như hầu hết các chủ xưởng thủ công khác không thể nhận chàng thanh niên khéo léo James Watt. Tiền bạc cạn dần, JamesWatt gặp may khi được Jonh Morgan, một người dám bất chấp nguyên tắc, tiếp nhận Watt vào cơ sở chế tạo đồng thau với điều kiện làm việc miễn phí trong 1 năm và khi ra nghề phải trả chi phí đào tạo.Chỉ tới mùa xuân năm sau, Watt đã tốt nghiệp ngành dụng cụ trắc địa.

Do làm việc nhiều, mùa hè 1756, sức khoẻ của Watt hoàn toàn suy sụp bởi các chứng bệnh phong thấp, đau đầu. Watt trở về Greenock ở Scotland. Hồi phục được ít lâu, cậu quay lại Glasgow, nhận sửa chữacác dụng cụ kim loại trong bộ sưu tập rất giá trị gồm những dụng cụ thiên văn được chở từ Jamaica tới và đã bị xuống cấp trầm trọng vị ngấm nước biển. Nhờ đó, các nhà khoa học ở Glasgow biết tới Wattnhiều hơn, họ rất kinh ngạc khi biết cậu có đủ kiến thức của một sinh viên đại học. Thế nhưng mong muốn trở thành thợ chế tạo dụng cụ của James Watt vẫn không thể trở thành hiện thực bởi giới thợ thủcông ở Glasgow không muốn có thành viên không phải dân bản địa.

Với sự giúp đỡ của nhiều giáo sư tốt bụng, năm 1757, Watt thiết lập xưởng trường trong khu đại học và được bổ nhiệm chức “Người chế tạo dụng cụ toán học cho trường đại học”. Để có thêm tiền sinhsống, Watt mở rộng phạm vi cơ sở kinh doanh, sản xuất một loạt nhạc cụ như đàn hác pơ, sáo, kèn túi, thậm chí cả đàn oóc gan cải tiến (được chế tạo tốt hơn và tiết kiệm không khí bơm qua đànhơn).

Hai năm sau, nhờ sự hậu thuẫn của một nhà kiến trúc phát đạt, Watt mở một công xưởng khác ngay trong thành phố.
Năm 1763, cơ sở kinh doanh của Watt đã đủ bề thế để tiếp nhận người học việc. Mùa thu năm đó, giáo sư John Anderson tới xưởng trường của Watt và nhờ anh cải tiến kiểu máy bơm Newcomen.

Theo lịch sử, chiếc máy bơm đầu tiên của thế giới là máy “Miner’s Friend (bạn của thợ mỏ) của Thomas Savery, ra đời năm 1689. Savery đã dựa vào sự giãn nở của nước khi được đun sôi (máy xoay tròn khihơi nước bên trong thoát ra) và sự xuất hiện chân không đột ngột khi nước đột ngột nguội lại để thiết kế máy, nhằm hút nước từ hầm mỏ lên. Do bản thiết kế quá đơn giản, máy chỉ hoạt động ở những chỗnông và nếu làm việc quá căng sẽ bị nổ tung.

Tới năm 1712, Thomas Newcomen thiết kế “máy bơm khí quyển”, phức tạp hơn máy của Savery. Với nồi hơi có nắp vòm rất lớn, nhà để máy bằng gạch, xà ngang bập bênh được nối với những tay bơm nặng bè, chiếc máy trông đồ sộ hơn nhiều. Trung tâm của nó là một ống xilanh to bằng sắt, phía trên đầu mở ra và được bố trí trên nồi hơi. Khi nước sôi, ống xilanh chứa đầy hơi nước. Mặc dầu ống xilanh được mở ra trên đỉnh, nó vẫn còn một “van” chuyển động ở bên trong. Đó là một pít-tông, một loại đĩa tròn. Mặc dầu được lót da để khớp với xilanh, chiếc đĩa luôn tự do trượt lên xuống. Nó được nối với tay đòn thẳng đứng - đòn tay pít - tông (pít - tông này được gắn vào một đầu của tay bơm). Xà ngang bập bênh cân bằng phía trên đầu. Khi xilanh phía dưới pít - tông đầy hơi nước, trọng lượng của đòn tay máy bơm kéo đầu mút kia của xà ngang xuống dưới. ở đầu xi lanh, xà ngang đi lên, cùng lúc, pittông được kéo lên và dừng ngay bên trong vành xi lanh. Việc kéo tay bơm xuống có nghĩa là đẩy píttông xuống dưới đáy xilanh trở lại. Newcomen đã sử dụng phương pháp can thiệp bởi chân không nhưng có sự khác biệt. Chân không được phát sinh do hơi nước nguội đi, ngưng tụ trong máy bơm, không tác động trực tiếp để làm chuyển động bất cứ thứ gì lên hoặc xuống. Ngược lại, chân không tạo ra chuyển động nhờ một yếu tố khác là không khí. Để làm lạnh hơi nước trong máy bơm, Newcomen phun nước lạnh vào bên trong xilanh. Hơi nước ngưng tụ tạo nên một chân không. Lúc này, không có thứ gì bên trong xi lanh, vì vậy, không khí bên ngoài có thể sử dụng áp suất riêng của nó để tác động lên pít - tông, kéo pít - tông xuống sâu bên trong xilanh. Khi pít - tông chuyển động đi xuống, nó kéo xà ngang bập bênh xuống cùng. Tay bơm chuyển động bên dưới. Khi hơi nước vào trong xilanh trở lại, để xoá bỏ chân không, tay bơm sẽ tiếp tục chuyển động lên. Sự lên xuống sẽ tiếp diễn nếu máy móc và nguồn cung cấp nhiên liệu chưa hết.

Watt nhanh chóng nhận ra nguyên nhân khiến máy bơm Newcomen vận hành không hữu hiệu là do xilanh buộc phải được làm nguội rồi nóng lên liên tục ở mỗi lần trượt pittông (rất tốn nhiên liệu). Tháng 5/1765, Watt tìm ra lời giải: một phòng làm lạnh riêng hoặc bình ngưng nhằm tạo nên chân không mà không cần làm lạnh xilanh.

Cuối năm đó, ông được giới thiệu với nhà khoa học và công nghiệp John Roebuck, người rất quan tâm đến việc thương mại hoá phát minh của Watt. Năm 1769, Roebuck giúp Watt nhận bằng sáng chế “phương pháp mới về tiết kiệm hơi nước và nhiên liệu trong máy vận hành bằng lửa”. Hơn nữa, Roebuck còn giới thiệu Watt với Mathew Boulton, người mà sau này đã đưa phát minh của Watt đến với công chúng.

Năm 1774, sau khi vợ chết, Watt chuyển từ Scotland đến Birmingham (nước Anh), làm việc tại xưởng Soho với tư cách người cộng sự của Mathew Boulton. Với cái tên “máy bơm của Boulton & Watt”, chiếc máy của James Watt (có thể bơm cạn một hầm mỏ ở độ sâu 300 feet) được đưa vào sản xuất. Máy bơm Boulton & Watt tiêu thụ rất ít nhiên liệu, chỉ bằng 1/3 lượng nhiên liệu thường được sử dụng ở các mỏ khai thác.

Năm 1776, máy bơm nước Boulton & Watt vận hành ra mắt công chúng lần đầu tiên ở Bloomsfiel Colliery. Sau lần vận hành thành công này, máy được rất nhiều nơi đặt hàng mua. Năm 1777, Watt đến Cornwall để lắp đặt máy cho hai hầm mỏ. Công chúng dần có thiện cảm và biết nhiều hơn tới Watt.

Với mục đích biến chuyển động “qua lại” của máy bơm sang chuyển động “quay tròn” đa dụng hơn, tháng 10/1781, Watt phát minh ra thiết bị mới - hệ thống bánh răng mặt trời và hành tinh. (Ông nối tay bơm, xà ngang với 1 đòn tay dài có đầu kia dính vào một bánh xe nhỏ có khía. Chuyển động lên xuống của xà ngang làm bánh xe này chuyển động quanh một bánh xe khác. Do giới hạn của quãng đường lên và xuống, đòn tay không thể chuyên động qua một phía, trong khi đó, đầu mút xà ngang vận hành theo đường cong qua một bên. Để cho đường thẳng của đòn tay và đường cong của đòn tay hoạt động đồng bộ, Watt để vòng tròn thứ hai có thể được vạch bởi đầu mút của xà ngang khác hoặc đòn tay của một thứ gì thẳng. Rồi các đầu mút chuyển động của hai đòn tay có thể liên kết bởi một cái thứ ba. Nếu đòn tay đầu tiên - xà ngang - được chuyển động ngang qua cung thông thường của nó, thì đòn tay thứ hai sẽ chuyển động y hệt. Đòn tay ngắn thứ ba, ở các đầu mút của nó sẽ lặp lại những đường cung của hai đòn tay kia. Trong toàn bộ quy trình, có một điểm chuyển động hầu như theo một đường thẳng). Ngay trong năm này, ông xin cấp bằng sáng chế cho thiết bị bánh răng mặt trời và hành tinh – thiết bị thiết yếu của máy quay tròn.

Chỉ sau đó 1 năm, Watt xin cấp bằng máy có hai tác dụng, rồi đưa ra đơn vị chuẩn đo lường của công suất là “mã lực” (sức ngựa).

Năm 1800, bằng sáng chế của Watt hết hiệu lực, đồng nghĩa với việc chấm dứt sự cộng tác của Boulton và Watt.

Ởđộ tuổi trung niên, James Watt vẫn tiếp tục thiết kế, cải tiến, phát minh và cải tiến những phát minh của chính mình. Từ sau khi thiết kế máy hơi nước quay tròn vận hành theo nguyên lý áp suất cao, nhận thấy các máy có áp suất cao làm việc tốt, Watt đã thiết kế một loạt máy khác, trong đó có một toa kéo hơi nước có kích thước lớn, tự động. Năm 1804, toa kéo này lăn bánh trên 9,5 dặm đường ray ở miền Nam xứ Waless, kéo theo chiếc xe lửa chở 70 hành khách và 10 tấn sắt. Đó là đầu máy xe lửa đầu tiên trên thế giới.

James Watt mất vào ngày 25 tháng 8 năm 1819, khi ông 83 tuổi. Ông đã được bầu làm hội viên Hội Hoàng gia, hội lãnh đạo các nhà khoa học nước Anh.

Bình Minh
(Tổng hợp từ Anna Sproule - James Watt, NXB Văn hoá thông tin, 2002)

Xem Thêm

Đắk Lắk: Người “gieo chữ” ở vùng cao
Có lẽ đây là một biểu tượng đẹp của lòng yêu nghề. thương yêu học trò, luôn tận tâm với nghề, có tinh thần sáng tạo và trách nhiệm xã hội, có phương pháp giảng dạy khoa học giúp học sinh yếu tiến bộ hơn…

Tin mới

Đảng bộ Liên hiệp Hội Việt Nam: Kiểm điểm, đánh giá chất lượng Ban Chấp hành Đảng bộ năm 2025
Ngày 12/12, Đảng bộ Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (Liên hiệp Hội Việt Nam) tổ chức Hội nghị kiểm điểm đối với tập thể, cá nhân Ban Chấp hành Đảng bộ năm 2025. Đồng chí Phạm Ngọc Linh, Phó Bí thư Thường trực Đảng ủy, Phó Chủ tịch Liên hiệp hội Việt Nam chủ trì Hội nghị. Tham dự có đồng chí Phan Xuân Dũng, Chủ tịch Liên hiệp Hội Việt Nam cùng các đồng chí trong BCH Đảng bộ.
Chủ tịch Phan Xuân Dũng dẫn đoàn Việt Nam tham dự Triển lãm quốc tế về Sáng tạo khoa học công nghệ (SIIF 2025) tại Seoul
Từ ngày 3-7/12, Triển lãm quốc tế về khoa học công nghệ (SIIF 2025) được tổ chức tại thủ đô Seoul, Hàn Quốc. Theo lời mời của Hiệp hội Xúc tiến sáng chế Hàn Quốc (KIPA), Quỹ Sáng tạo kỹ thuật Việt Nam (VIFOTEC) đã thành lập đoàn tham gia Triển lãm quốc tế về khoa học công nghệ (SIIF 2025) do TSKH. Phan Xuân Dũng, Chủ tịch Liên hiệp Hội Việt Nam, Chủ tịch Quỹ VIFOTEC - làm trưởng đoàn.
Tìm giải pháp truyền thông đột phá cho phát triển khoa học công nghệ
Nghị quyết 57-NQ/TW xác định vị thế khoa học, công nghệ và chuyển đổi số là chìa khóa để Việt Nam vươn mình, trở thành quốc gia phát triển. Giới chuyên gia đưa ra lộ trình cụ thể giúp truyền thông chính sách thành hành động, từ xây dựng tòa soạn thông minh đến phát triển hệ sinh thái nội dung số.
Liên hiệp Hội Việt Nam tiếp nhận kinh phí ủng hộ đồng bào miền Trung, Tây Nguyên bị thiệt hại do mưa lũ
Chiều ngày 09/12, Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (Liên hiệp Hội Việt Nam) đã tổ chức buổi tiếp nhận kinh phí ủng hộ đồng bào miền Trung, Tây Nguyên bị thiệt hại do mưa lũ. Đây là hoạt động tiếp nối tinh thần của Lễ phát động ủng hộ đồng bào miền Trung, Tây Nguyên do Liên hiệp Hội Việt Nam tổ chức vào ngày 24/11 vừa qua.
Trí thức Việt Nam đồng hành cùng tương lai Xanh
Đội ngũ trí thức Việt Nam luôn đóng vai trò then chốt với những đóng góp trong nghiên cứu, chuyển giao công nghệ, đổi mới sáng tạo, tư vấn chính sách và truyền cảm hứng cộng đồng. Những chuyển động mạnh mẽ về khoa học môi trường, năng lượng sạch, kinh tế tuần hoàn và công nghệ xanh trong thời gian qua có dấu ấn đậm nét của đội ngũ trí thức khoa học và công nghệ nước ta…
Phát huy vai trò đội ngũ trí thức khoa học và công nghệ trong đột phá phát triển khoa học, công nghệ và đổi mới sáng tạo
Sáng ngày 05/12, Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (VUSTA) phối hợp với Hội Nữ trí thức Việt Nam (VAFIW) tổ chức Hội thảo “Phát huy vai trò đội ngũ trí thức khoa học và công nghệ trong đột phá phát triển khoa học, công nghệ, đổi mới sáng tạo”.
Các nhà khoa học giao lưu, thuyết giảng tại trường đại học
Từ trí tuệ nhân tạo (AI), vật liệu bán dẫn hữu cơ, công nghệ y học đến biến đổi khí hậu và đa dạng sinh học… những buổi trò chuyện không chỉ mở rộng tri thức chuyên sâu mà còn truyền cảm hứng mạnh mẽ về hành trình chinh phục khoa học cho hàng nghìn sinh viên và giảng viên cả nước.