जेम्स वॅट

वॉट (जन्म : ग्रिनक-स्कॉटलंड, १९ जानेवारी १७३६;  - २५ ऑगस्ट १८१९) हे एक स्कॉटिश संशोधक व उपकरणनिर्माते होते. त्‍यांच्या वडिलांचा जहाजबांधणीचा व बांधकामाचा व्यवसाय होता आणि त्यांची एक कार्यशाळा होती. जेम्स अशक्त असल्याने त्याचे आधीचे शिक्षण घरीच झाले. नंतर शाळेत जाऊन त्यांनी लॅटिन, ग्रीक व गणित या विषयांचे अध्ययन केले. त्यांना यंत्रोपकरणात विशेष रुची असल्याने त्यांचे खरे शिक्षण वडिलांच्या कार्यशाळेत झाले. तेथे त्यांनी स्वतः यारीसारख्या यंत्राच्या प्रतिकृती बनविल्या; तसेच जहाजावरच्या उपकरणांची माहिती करून घेतली.  आधीच्या इजिनात मूलभूत स्वरूपाच्या सुधारणा करून त्यांनी बनविलेले वाफेचे इंजिन हे शक्तिनिर्माणाचे साधन म्हणून सर्वत्र वापरले जाऊ लागले. औद्योगिक क्रांतीच्या सुरुवातीच्या काळातील हे सर्वांत महत्त्वाचे साधन ठरले.

वॉट यांनी त्यानंतर ग्लासगो व लंडन येथे वैज्ञानिक (गणितीय) उपकरणांच्या निर्मितीविषयीचे प्रशिक्षण घेतले. त्या काळी मुख्यतः सर्वेक्षण व मार्गनिर्देशन यांकरिता लागणारी उपकरणे बनवीत असत. १७५७ साली ग्लासगोला परत आल्यावर वैज्ञानिक उपकरणनिर्माते म्हणून त्यांनी ग्लासगो विद्यापीठात काम करण्यास सुरुवात केली. तेथे असताना त्यांनी चतुर्थ यंत्र, होकायंत्र, दाबमापक इत्यादी उपकरणे तयार केली. या काळात त्यांचा अनेक वैज्ञानिकांशी परिचय झाला. पैकी जोसेफ ब्लॅक यांच्याबरोबर त्यांची मैत्री जमली व त्या मैत्रीचा त्यांना वाफेच्या इंजिनात सुधारणा करण्याच्या दृष्टीने खूप उपयोग झाला.

वाफेवर चालणाऱ्या आगगाडीचा जनक म्हणून जेम्स वॅट यांना ओळखले जाते. जेम्स वॅट लहानपणी अतिशय आळशी होता, असे त्याच्या न बोलण्यामुळे तरी वाटत होते. तो स्वयंपाकघरात त्याच्या आत्याबरोबर बसलेला असताना, विस्तवावर एका किटलीमध्ये पाणी उकळत होते. त्या पाण्याची वाफ किटलीच्या तोंडातून बाहेर पडत होती. जेम्स त्या वाफेवर एकदा कप व एकदा चमचा धरत होता व तो कप व चमचा वाफेच्या जोराने कसा खालीवर होतो, याचे निरीक्षण करत होता. त्याच्या आळशीपणाबद्दल त्याची आत्या नेहमीच कानउघाडणी करत असे. एकदा योगायोगाने जेम्सच्या कॉलेजच्या प्रयोगशाळेतील न्यूमनचे मॉडेल इंजिन जेम्सकडे दुरुस्तीला आले. इंजिन दुरुस्त करताना जेम्सच्या लक्षात आले, की हे इंजिन फक्त थोडाच वेळ काम देण्याच्या योग्यतेचे आहे. विचार केल्यावर त्याच्या ध्यानात आले, की न्यूमनचा बॉयलर फार लहान आहे. ज्यात दट्ट्या असतो त्या सिलिंडराच्या घनफळाच्या ३-४ पट वाफ असली, तरच तिच्यामार्फत दट्ट्या सिलिंडराच्या टोकापर्यंत लोटला जाऊ शकेल, असे त्यांना दिसून आले. अशा रीतीने या इंजिनात वाफ मोठ्या प्रमाणात वाया जाते, हे त्यांच्या लक्षात आले. न्यूमनच्या इंजिनमधील खाली-वर होणारा दांडा (दट्ट्या) जेव्हा खाली ओढला जाई, तेव्हा त्या सिलिंडरमधील पंपरॉड (दांडा) वर उचलला जाई. जेम्सने एका सिलिंडरमधील वाफ पंपाने दुसऱ्या सिलिंडरमध्ये नेऊन त्या सिलिंडरवर गार पाण्याचा मारा केला व त्या वाफेचे बाष्पीभवन करून, पोकळी निर्माण करायची असे ठरवले. त्यामुळे खर्च व वेळ वाचला. दोन सिलिंडरमध्ये त्याने एअरपंप बसवला. पुढे जेम्सने या इंजिनमध्ये पुष्कळ सुधारणा केल्या.

न्यूमनच्या इंजिनातील दोषांवर उपाय शोधताना जेम्सला अचानकपणे इंजिनाला स्वतंत्र असा संघनक (वाफेचे द्रवात-पाण्यात-रूपांतर करणारे साधन) जोडण्याची कल्पना सुचली व हा त्यांचा पहिला व सर्वांत महत्त्वाचा शोध ठरला. सिलिंडरात वाफेचे पाण्यात रूपांतर होताना जी सुप्त उष्णता लागते ती वाया जाणे हा न्यूमन इंजिनाचा सर्वांत मोठा दोष असल्याचे त्यांच्या ध्यानी आले होते. म्हणून वाफेच्या संघननाचे काम सिलिंडराऐवजी त्याला जोडलेल्या पण त्यापासून अलग असलेल्या कक्षात करण्याचे त्यांनी ठरविले. सिलिंडरातून बाहेर पडणारी वाफ सिलिंडरात नेऊन तेथे तिचे संघनन होते. यामुळे सिलिंडरात पाण्याच्या फवाऱ्याने संघनन करताना सिलिंडर व दट्ट्या थंड होत असे आणि ते परत तापविण्याकरिता वारंवार जादा उष्णता लागते असे. संघनकामुळे ही उष्णता वाचते. याशिवाय सिलिंडर व दट्ट्या गरम राहण्यासाठी त्यांनी सिलिंडराभोवती आवेष्टन घालून त्यात वाफ सोडण्याची व्यवस्था केली. यामुळे उष्णतेची व पर्यायाने इंधनाची बचत होऊन इंजिन अधिक कार्यक्षम झाले. अशा रीतीने त्यांनी वाफ एंजिनात मूलभूत सुधारणा केल्या. मात्र वाफ एंजिनाचा शोध त्यांनी लावला हा लोकप्रिय (प्रचलित) समज चुकीचा आहे. कारण त्यांच्या जन्माच्या वेळीही वाफ एंजिने खाणीतील पाणी उपसण्यासाठी वापरात होती. वॉट यांच्या सुधारणांमुळे वाफ इंजिन चालवायला सोपे झाले; ते अधिक खात्रीशीर रीतीने वापरता येऊ लागले व अधिक शक्तिशाली वाफ इंजिने बनविता येऊ लागली. यामुळे कागद गिरण्या, कापड गिरण्या, पिठाच्या गिरण्या, लोखंडाचे कारखाने, भट्‌ट्या, पाणीपुरवठा इ. असंख्य ठिकाणी त्याचा उपयोग होऊ लागला. व्यावसायिक दृष्टीने महत्त्वाच्या ठरलेल्या या इंजिनाचे औद्योगिक क्रांतीला चांगलीच चालना मिळाली.
 
वॉट यांनी जॉन रोबक यांच्याबरोबर वाफेची इंजिने बनविण्याचा व्यवसाय भागीदारीत सुरू केला (१७६८) आणि १७६९ साली त्यांनी या एंजिनाचे एकस्व (पेटंट) घेतले. मात्र या धंद्यात त्यांना विशेष यश मिळाले नाही. दरम्यान अर्थार्जनासाठी त्यांनी चष्म्याच्या व्यापाऱ्याकडील नोकरी, कालव्यांचे सर्वेक्षण व खोदकाम, बंदरांतील सुधारणा वगैरे कामे केली. या कामांना कंटाळून ते १७७४ साली बर्मिगहॅमला गेले व तेथे त्यांनी मॅथ्यू बोल्टन यांच्या भागीदारीत नव्याने वाफ एंजिने बनविण्याचा उद्योग सुरू केला. त्यांची ही भागीदारी २५ वर्षे टिकली व उद्योग भरभराटीला आला. १७७६ साली त्यांनी दोन वाफ एंजिने उभारली. पैकी एक दगडी कोळशाच्या खाणीत व दुसरे लोखंडाच्या कारखान्यात उभारले. यामुळे वाफ एंजिनांना मागणी वाढली व धंद्याला ऊर्जितावस्था प्राप्त झाली.

पुढील पाच वर्षे म्हणजे १७८१ सालापर्यंत त्यांनी तांब्याच्या व कथिलाच्या खाणीतील पाणी उपसण्यासाठी असंख्य वाफ एंजिने उभारून त्यांच्या देखभालीचे काम केले. खाणव्यवस्थापकांना इंधनाच्या खर्चात बचत व्हावी असे वाटत होते. तसेच अन्य क्षेत्रांतूनही या एंजिनाला मोठी मागणी येण्याची चिन्हे दिसू लागली होती. म्हणून बोल्टन यांनी वॉट यांना एंजिनातील दट्ट्याच्या पश्चाग्र (पुढे-मागे होणाऱ्या) गतीचे भुजादंडाच्या परिभ्रमी म्हणजे फिरत्या गतीत परिवर्तन करण्याची विनंती केली. वॉट यांनी हे काम १७८१ साली यशस्वीपणे साध्य केले. त्याकरिता त्यांनी तथाकथित ‘सूर्य व ग्रह दंतचक्र’ ही योजना केली. त्यामुळे एंजिनाच्या एका आवर्तनात भुजादंडाचे दोन फेरे होतात. १७८२ साली त्यांनी द्विक्रिय एंजिनाचे एकस्व घेतले. या एंजिनात दांडा रेटला व ओढलाही जातो. यासाठी दंड व दट्ट्या नव्या पद्धतीने दृढपणे जोडले जाणे आवश्यक होते. ही समस्या त्यांनी १७८४ साली समांतर गतीचा आपला शोध वापरून सोडविली. या दट्ट्याचा दांडा लंब दिशेत हालेल अशा रीतीने संयोगदांड्यांची मांडणी केली होती. बोल्टन यांच्या सूचनेवरून १७८८ साली वॉट यांनी एंजिनाची गती स्वयंचलितपणे नियंत्रित करणारा केंद्रोत्सारी गतिनियंता शोधून काढला व १७९० साली त्यांनी दाबमापक शोधला. यामुळे वॉट एंजिन जवळजवळ परिपूर्ण अवस्थेपर्यंत पोहोचले होते. 

एंजिनाची शक्ती मोजण्यासाठी त्यांनी त्याची घोड्याच्या शक्तीशी तुलना केली. अशा प्रकारे हॉर्स पॉवर (अश्वशक्ती) ही संज्ञा प्रचारात आली. त्यानंतर एक अश्वशक्ती म्हणजे १ मिनिटात ३३,००० पाउंड वजन १ फूट उंच उचलण्यास लागणारी शक्ती हे मूल्य निश्चित केले. दाबमापकाने एंजिनाची अश्वशक्ती मोजीत व अश्वशक्तीनुसार एंजिनाची किंमत ठरवीत.

वाफ एंजिनाशिवाय अभियांत्रिकी व रसायनशास्त्र या विषयांतही त्यांनी संशोधन केले होते आणि त्यांना भाषा व संगीत यांतही रस होता. त्यांचे काही महत्त्वाचे संशोधन पुढीलप्रमाणे आहे:आपले कार्यालय उबदार ठेवण्यासाठी त्यांनी वाफेच्या वेटोळ्यांचा वापर केला होता (१७८४). इंधनाची बचत करणारी भट्टी, दाब देऊन मजकुराच्या प्रती काढावयाचे यंत्र व प्रतिलिपी शाई, शिल्पाची (पुतळ्याची) पुनःनिर्मिती करणारे यंत्र, अम्लतेची चाचणी घेणारे दर्शक, नियामक झडप, क्लोरीनचा वापर करून विरंजन (रंग घालविण्याची क्रिया) करण्याचे तंत्र वगैरे त्यांचे शोध महत्त्वाचे आहेत. शिवाय पाणी हे मूलद्रव्य नसून संयुग आहे, असे सुचविणारे ते एक पहिले संशोधक होते. ग्लासगो वॉटर कंपनीचे सल्लागार म्हणून त्यांनी काम केले होते. विज्ञान व कला यांचा प्रसार करणाऱ्या लूनर सोसायटीचे ते सदस्य होते.

वॉट यांना त्यांच्या संशोधनकार्याबद्दल पुढील अनेक मानसन्मान मिळाले होते : एडिंबरो व लंडन (१७८५) येथील रॉयल सोसायटीचे सदस्यत्व, ग्लासगो विद्यापीठाची डॉक्टर ऑफ लॉज ही पदवी (१८०६), फ्रेंच ॲकॅडेमी ऑफ सायन्सेसचे परदेशी सदस्यत्व वगैरे. त्यांना जहागिरी देऊ करण्यात आली होती; पण ती त्यांनी स्वीकारली नाही. त्यांच्या सन्मानार्थ शक्तीच्या एककाला वॉट (वॅट) हे नाव देण्यात आले असून वेस्ट मिन्स्टर ॲबे येथे त्यांचा पुतळा उभारला आहे. त्यांचा एक मुलगा (जेम्स) सागरी अभियंता होता व त्याने जहाजाकरिता वाफ एंजिनाचा वापर केला होता.

भौतिकशास्त्रज्ञ
इ.स. १७३६ मधील जन्म
इ.स. १८१९ मधील मृत्यू