Buhar makinesini kim icat etti?

17. yüzyılda Avrupa’da birçok bilim insanı atmosfer basıncı ve vakum üzerine deneyler yaptı. Bu deneyler, buharın yoğuşarak hacmini büyük ölçüde kaybettiğini ve geride düşük basınçlı bir boşluk bıraktığını gösterdi. Erken buhar makinelerinin hemen hepsi bu ilkeden yararlanarak çalıştı.

Buharın gücü ne zamandan beri biliniyor?

Buharın bir şeyi hareket ettirebileceği Antik Çağ’dan beri biliniyordu. İskenderiyeli Heron’un MS 1. yüzyılda tarif ettiği ve “aeolipil” adı verilen düzenekte, içinde su kaynayan bir kürenin uçlarından çıkan buhar küreyi kendi ekseni etrafında döndürüyordu. Ancak bu düzenek bir merak nesnesiydi, iş yapan bir makine değildi.

Osmanlı astronomu ve mühendisi Takıyyüddin er-Râsıd’ın 1551’de tamamladığı mekanik aletlerle ilgili eserinde, buhar jetinin bir çarkı döndürerek kebap şişini çevirdiği bir düzenek tarif edildiği bilinir. Bu tarif de buharın hareket enerjisine dönüştürülmesine dair erken bir örnektir, fakat sanayide kullanılan bir makineye dönüşmemiştir.

Savery ve Newcomen ne yaptı?

17. yüzyılın sonunda İngiltere’de kömür madenleri derinleştikçe ocaklara dolan suyun boşaltılması ciddi bir sorun hâline geldi. Thomas Savery, 1698’de buharın yoğuşmasıyla oluşan vakumu kullanarak su çeken bir düzeneğin patentini aldı. Düzenek hareketli pistonu olmayan, sınırlı yükseklikten su çekebilen ve yüksek basınç nedeniyle riskli bir pompaydı.

Thomas Newcomen ise silindir ve piston kullanan daha işlevsel bir tasarım geliştirdi. Makinesinde silindire buhar doldurulur, ardından içeri soğuk su püskürtülerek buhar yoğuşturulurdu. Silindirde oluşan düşük basınç nedeniyle atmosfer basıncı pistonu aşağı iterdi; piston da büyük bir kol aracılığıyla madendeki pompayı çalıştırırdı. Bu yüzden makineye “atmosferik makine” denir. İlk kayıtlı Newcomen makinesi 1712’de Dudley Kalesi yakınında kuruldu. Savery’nin patenti çok geniş kapsamlı olduğu için Newcomen, Savery ile ortaklık kurmak zorunda kaldı.

James Watt neyi değiştirdi?

Newcomen makinesinin büyük bir kusuru vardı: Silindir her çevrimde soğuk suyla soğutulduğu için bir sonraki çevrimde yeniden ısıtılması gerekiyordu. Bu da büyük miktarda kömür israfı demekti.

Glasgow Üniversitesi’nde alet yapımcısı olarak çalışan James Watt, bir Newcomen makinesi modelini onarırken bu sorunu fark etti. 1765’te, buharı silindirin dışında, sürekli soğuk tutulan ayrı bir haznede yoğuşturma fikrini buldu. Böylece silindir hep sıcak kalabiliyordu. Watt bu buluş için 5 Ocak 1769’da patent aldı. Ayrı yoğuşturuculu makineler aynı işi yaklaşık üçte iki daha az kömürle yapabiliyordu.

Watt, 1774’te Birmingham’a taşınarak sanayici Matthew Boulton ile ortaklık kurdu ve yeni makinelerin üretimine başladılar. Watt sonraki yıllarda makinenin dönme hareketi üretmesini sağlayan düzenekler de geliştirdi. Bu sayede buhar gücü yalnızca pompaları değil, dokuma tezgâhlarını ve fabrikalardaki diğer makineleri de çalıştırmaya başladı.

Newcomen makineleri verimsiz olmalarına rağmen 18. yüzyıl boyunca İngiltere’nin maden bölgelerinde ve Avrupa’nın farklı yerlerinde kuruldu. Kömür madenlerinde yakıt bol ve ucuz olduğu için yüksek tüketim çoğu zaman kabul edilebilir bir bedeldi. Watt’ın makinesi ise özellikle kömürün pahalı olduğu bölgelerde, örneğin Cornwall’daki bakır ve kalay madenlerinde büyük ilgi gördü. Watt’ın patent süresi boyunca bazı üreticiler, patente takılmamak için farklı yoğuşturucu çözümleri denedi; patentin 1800’de sona ermesiyle ayrı yoğuşturucu yaygın bir standart hâline geldi.

1800’lerin başında yüksek basınçlı buharla çalışan daha küçük ve güçlü makineler geliştirildi. İngiliz mühendis Richard Trevithick’in 1804’te raylar üzerinde yük çeken buharlı lokomotifi, bu yeni kuşağın ilk örneklerinden biridir.

Buhar makinesi Sanayi Devrimi’ni nasıl etkiledi?

• Fabrikalar akarsu kenarına bağımlı olmaktan kurtuldu; su çarkı yerine buhar gücü kullanılabildi.
• Madenler daha derine inebildi, kömür ve demir üretimi arttı.
• 19. yüzyılda buharlı lokomotifler ve gemiler ulaşımı dönüştürdü.
• Seri üretim yaygınlaştı, kentleşme hızlandı.

Watt’ın mirası ölçü birimlerinde de yaşar: Uluslararası Birim Sistemi’ndeki güç birimi watt, onun adını taşır. Watt’ın makinelerin gücünü anlatmak için kullandığı “beygir gücü” kavramı da bu dönemden kalmadır.

Buhar gücünün yaygınlaşması yeni sorunları da beraberinde getirdi. Kömür tüketimi hızla arttı, sanayi kentlerinde hava kirliliği belirginleşti ve fabrikalarda uzun çalışma saatleri toplumsal tartışmalara yol açtı. Buhar makinesi aynı zamanda ısı ile iş arasındaki ilişkiyi inceleyen bilimsel çalışmaları da teşvik etti; mühendisler makineleri daha verimli hâle getirmek için ısının nasıl işe dönüştüğünü anlamaya çalıştı.

Sık yapılan yanılgılar

En yaygın yanılgı, buhar makinesinin James Watt’ın icadı olduğudur. Watt’ın çalışmaya başladığı tarihte Newcomen makineleri yarım asırdır kullanılıyordu. Bir diğer yanılgı, Watt’ın ünlü çaydanlık hikâyesidir; kaynayan çaydanlığın kapağını izleyerek makineyi bulduğu anlatısı sonradan yayılmış bir efsanedir. Watt’ın asıl buluşu, uzun deneyler sonucunda geliştirdiği ayrı yoğuşturucudur.