1736年(nian)1月19日詹姆斯(si)·瓦特出生于蘇格(ge)蘭格(ge)拉斯(si)哥附(fu)近,克萊德(de)河灣(wan)(Firth of Clyde)上的港口小鎮格(ge)林諾克。
瓦特(te)的(de)父親是熟練(lian)的(de)造船(chuan)工(gong)人并(bing)擁(yong)有自(zi)己的(de)船(chuan)只與造船(chuan)作坊,還是小鎮的(de)官員。瓦特(te)的(de)母親Agnes Muirhead出身(shen)于(yu)(yu)一個貴族家庭(ting)并(bing)受過良好的(de)教(jiao)(jiao)育。他們都屬于(yu)(yu)基督教(jiao)(jiao)長老(lao)會并(bing)且(qie)是堅定(ding)的(de)誓約派(pai)。盡管瓦特(te)出自(zi)于(yu)(yu)宗(zong)教(jiao)(jiao)家庭(ting),但他后(hou)來還是成(cheng)為(wei)了自(zi)然神(shen)論者(zhe)。
瓦特(te)(te)小時(shi)候因(yin)為身體(ti)較弱(ruo)去(qu)學校的(de)時(shi)間(jian)不多,主要的(de)教(jiao)育(yu)都是由母親(qin)在家里進(jin)行。瓦特(te)(te)從小就表現出了(le)精巧的(de)動手能力以及數學上的(de)天(tian)分,并(bing)且接受(shou)了(le)很(hen)多蘇格(ge)蘭民間(jian)傳說與故事(shi)。
瓦(wa)特17歲的(de)(de)時(shi)候,母親去世了(le),而父親的(de)(de)生(sheng)意開始走下坡路(lu)。瓦(wa)特到倫敦(dun)的(de)(de)一家(jia)(jia)儀(yi)表修理廠作了(le)一年的(de)(de)徒工,然后回到蘇(su)格蘭(lan)格拉斯(si)哥打算(suan)開一家(jia)(jia)自己的(de)(de)修理店(dian)。盡(jin)管當(dang)時(shi)蘇(su)格蘭(lan)還沒有(you)(you)類似的(de)(de)修理店(dian),但是由于他沒有(you)(you)做(zuo)夠要求的(de)(de)7年徒工,他的(de)(de)開店(dian)申請還是被格拉斯(si)哥的(de)(de)錘業者行會(管理所有(you)(you)使用錘子(zi)的(de)(de)工匠)拒絕了(le)。
1755年瓦特離(li)開蘇格蘭,到倫(lun)敦尋求儀器制(zhi)造匠的培訓。他被康西爾(er)的約翰·摩根所接納(na)。
1757年,格拉斯哥大學(xue)(xue)的(de)教(jiao)授提供給(gei)瓦(wa)特(te)一個機(ji)會(hui),讓他在大學(xue)(xue)里開設了一間小修理(li)(li)店(dian),這幫助瓦(wa)特(te)走出了困境。其中的(de)一位(wei)教(jiao)授,物理(li)(li)學(xue)(xue)家(jia)與化(hua)學(xue)(xue)家(jia)約(yue)瑟(se)夫·布(bu)萊克(Joseph Black)更是成了瓦(wa)特(te)的(de)朋友與導師(shi)。
1757年格(ge)拉斯哥大學任(ren)命瓦(wa)特(te)為其正式(shi)“數學儀(yi)器制造師”,并在校園里安(an)排了一個車間。
瓦(wa)特的(de)小(xiao)店開業5年(nian)后,在朋友羅賓遜(xun)教授的(de)引導下,瓦(wa)特開始(shi)了(le)對蒸(zheng)汽(qi)(qi)機的(de)實驗。直(zhi)到此時,瓦(wa)特也還從未親眼見過一臺(tai)可(ke)以運轉的(de)蒸(zheng)汽(qi)(qi)機,但(dan)是(shi)他(ta)開始(shi)建造(zao)自己的(de)蒸(zheng)汽(qi)(qi)機模型。初步的(de)實驗失敗了(le),但(dan)是(shi)他(ta)堅持繼(ji)續(xu)實驗并且閱讀了(le)所有他(ta)能(neng)找到的(de)有關蒸(zheng)汽(qi)(qi)機的(de)材料,獨立地(di)發現(xian)了(le)潛熱的(de)重要性(盡管這在好幾年(nian)前就被布萊克教授發現(xian)了(le),但(dan)瓦(wa)特當(dang)時并不知情)。
1763年,瓦特(te)得(de)知格(ge)拉斯哥(ge)大(da)學有一臺(tai)紐科門蒸(zheng)(zheng)(zheng)汽機(ji)(Newcomen steam engine),但(dan)是正在倫(lun)敦修理,他請求學校取回了這臺(tai)蒸(zheng)(zheng)(zheng)汽機(ji)并親自進行了修理。修理后這臺(tai)蒸(zheng)(zheng)(zheng)汽機(ji)勉強可以(yi)工作(zuo),但(dan)是效率很低。經過大(da)量實驗(yan),瓦特(te)發現效率低的(de)原因是由于活塞每推動一次,氣缸(gang)里的(de)蒸(zheng)(zheng)(zheng)汽都要先(xian)冷凝,然后再加熱進行下一次推動,從而使得(de)蒸(zheng)(zheng)(zheng)汽80%的(de)熱量都耗費在維持氣缸(gang)的(de)溫(wen)度上面。
1763-1765年瓦特在修理紐科(ke)門泵(beng)時(shi),設計冷凝器解(jie)決效(xiao)率低的問題,羅巴克把瓦特的發明用于商業上(shang)。
1765年,瓦(wa)特取得了關鍵性的進展,他想到將(jiang)冷凝器與氣缸分離(li)開來,使得氣缸溫(wen)度可(ke)以(yi)(yi)持(chi)續(xu)維持(chi)在(zai)(zai)注入(ru)的蒸(zheng)汽的溫(wen)度,并(bing)在(zai)(zai)此基礎(chu)上(shang)很快建(jian)造了一(yi)個可(ke)以(yi)(yi)連(lian)續(xu)運轉的模型。
但是要想建(jian)造一臺實際的(de)蒸汽機(ji)還有很長的(de)路要走。
首先是(shi)資金(jin),布萊克(ke)(ke)教授提供了一(yi)些幫助(zhu),但更(geng)多的(de)資助(zhu)來自于(yu)約翰(han)·羅(luo)巴(ba)克(ke)(ke)(John Roebuck)。羅(luo)巴(ba)克(ke)(ke)是(shi)一(yi)位成(cheng)功(gong)的(de)企業家,著名的(de)卡倫鋼鐵廠的(de)擁有(you)者,在羅(luo)巴(ba)克(ke)(ke)的(de)贊助(zhu)下,瓦特開始(shi)了新(xin)式蒸汽機的(de)試制,并(bing)成(cheng)為新(xin)公司的(de)合伙人。
試制(zhi)中(zhong)的(de)主要困難(nan)還在于(yu)活塞與氣缸的(de)加工制(zhi)造(zao)工藝上(shang)。當時的(de)工藝水(shui)平下(xia)鋼鐵工人更(geng)像是(shi)(shi)鐵匠而不(bu)是(shi)(shi)機械師(shi),所(suo)以制(zhi)造(zao)的(de)結(jie)果很(hen)不(bu)滿意(yi)。此外由(you)于(yu)當時的(de)相(xiang)關專利申(shen)請需要國(guo)會的(de)認可,大部分的(de)資(zi)金都花(hua)費(fei)在相(xiang)關程序(xu)上(shang)。由(you)于(yu)資(zi)金的(de)短缺,瓦特不(bu)得不(bu)另找(zhao)了一(yi)份(fen)運河測量員的(de)工作,并一(yi)干(gan)就是(shi)(shi)8年。
這(zhe)之(zhi)后,羅巴克(ke)破(po)產(chan),相關專利都由伯明翰一(yi)間鑄(zhu)造(zao)廠老板馬修·博爾頓接手。瓦特與博爾頓從此開始了他們之(zhi)間長達25年(nian)的成(cheng)功合作。
與博爾頓(dun)的合(he)作,使(shi)得瓦(wa)特(te)得到了更好(hao)的設備資金(jin)以及(ji)技術上的支持,特(te)別是在加工制(zhi)造(zao)(zao)工藝(yi)方面(mian)。新型(xing)蒸汽機(ji)制(zhi)造(zao)(zao)的一(yi)個主要困難在于活(huo)塞與大型(xing)氣缸的密合(he),這個問題最終被約(yue)翰·威爾金(jin)森(sen)(John Wilkinson)解(jie)決(jue),他(ta)在改進(jin)加農(nong)炮的制(zhi)造(zao)(zao)時(shi)提出了一(yi)種新的精密鏜孔加工技術,可以用于蒸汽機(ji)的制(zhi)造(zao)(zao)。
1774年瓦特將自己設計的蒸汽機投入(ru)生產(chan)。
1776年博爾登-瓦特(te)蒸(zheng)汽機在波羅姆菲爾德煤(mei)礦首次向公(gong)眾展示(shi)其工作狀態(tai)。
1776年,終于(yu)第一批(pi)新(xin)型(xing)蒸汽機(ji)制(zhi)造成功并(bing)應(ying)用于(yu)實際(ji)生產。這(zhe)批(pi)蒸汽機(ji)由(you)(you)于(yu)還只能(neng)提供往復直線運動而(er)主要應(ying)用于(yu)抽水泵(beng)(beng)上。在之(zhi)后的(de)(de)5年中,瓦特(te)贏得了大(da)量的(de)(de)訂單并(bing)忙于(yu)奔波于(yu)各(ge)個(ge)(ge)礦場(chang)之(zhi)間安裝由(you)(you)這(zhe)種(zhong)新(xin)型(xing)蒸汽機(ji)帶動的(de)(de)水泵(beng)(beng)。在博(bo)爾頓的(de)(de)要求(qiu)下(xia),瓦特(te)開始繼續研究如何(he)將蒸汽機(ji)的(de)(de)直線往復運動轉化為圓周運動,以便使得蒸汽機(ji)能(neng)為絕大(da)多數機(ji)器提供動力(li)。一個(ge)(ge)顯(xian)而(er)易見的(de)(de)解決(jue)(jue)辦(ban)法是通過曲柄傳(chuan)動,但是該項專利(li)所有人,約翰·斯蒂德(John Steed)要求(qiu)同時分享瓦特(te)此(ci)前的(de)(de)分離(li)冷凝器的(de)(de)專利(li),這(zhe)一要求(qiu)被(bei)瓦特(te)堅決(jue)(jue)地(di)拒絕了。
1781年(nian),瓦(wa)特(te)(te)公司的(de)(de)(de)(de)(de)雇員威廉·默多(duo)克(William Murdoch)發(fa)明(ming)(ming)了(le)一種稱為(wei)“太陽與行星(xing)”的(de)(de)(de)(de)(de)曲柄齒(chi)輪傳(chuan)動系統,并(bing)以瓦(wa)特(te)(te)的(de)(de)(de)(de)(de)名義成功(gong)申請了(le)專利(li)(li)。這一發(fa)明(ming)(ming)繞開了(le)曲柄專利(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)限(xian)制,極大地擴展了(le)蒸(zheng)(zheng)(zheng)汽機(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)應用。之后的(de)(de)(de)(de)(de)6年(nian)里,瓦(wa)特(te)(te)又對蒸(zheng)(zheng)(zheng)汽機(ji)(ji)作了(le)一系列(lie)改(gai)進(jin)并(bing)取(qu)得了(le)一系列(lie)專利(li)(li):發(fa)明(ming)(ming)了(le)雙向氣缸,使(shi)得蒸(zheng)(zheng)(zheng)汽能夠從(cong)兩端進(jin)出從(cong)而可以推動活塞雙向運動,而不是(shi)以前(qian)那(nei)樣只能單向推動;使(shi)用節(jie)氣閥門(men)與離心(xin)(xin)節(jie)速(su)器來控(kong)制氣壓與蒸(zheng)(zheng)(zheng)汽機(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)運轉(zhuan);發(fa)明(ming)(ming)了(le)一種氣壓示工器來指示蒸(zheng)(zheng)(zheng)汽狀況;發(fa)明(ming)(ming)了(le)三(san)連桿(gan)組保證(zheng)氣缸推桿(gan)與氣泵(beng)的(de)(de)(de)(de)(de)直線運動。由(you)于擔心(xin)(xin)爆炸(zha)的(de)(de)(de)(de)(de)危險以及泄露(lu)問題,瓦(wa)特(te)(te)的(de)(de)(de)(de)(de)早期蒸(zheng)(zheng)(zheng)汽機(ji)(ji)都是(shi)使(shi)用低壓蒸(zheng)(zheng)(zheng)汽,后來才(cai)引進(jin)了(le)高壓蒸(zheng)(zheng)(zheng)汽。所有這些革新結合(he)到(dao)一起,使(shi)得瓦(wa)特(te)(te)的(de)(de)(de)(de)(de)新型蒸(zheng)(zheng)(zheng)汽機(ji)(ji)(聯協式蒸(zheng)(zheng)(zheng)汽機(ji)(ji))的(de)(de)(de)(de)(de)效率是(shi)過去(qu)的(de)(de)(de)(de)(de)紐科(ke)門(men)蒸(zheng)(zheng)(zheng)汽機(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)5倍。
1782年瓦特(te)的(de)雙向式蒸汽機(ji)取得專利,同年他(ta)發明了一種標準單位:馬力。
1782年,韋奇(qi)伍德(de)在伊特(te)魯里亞陶瓷廠(chang)大規(gui)模采用(yong)博爾頓——瓦特(te)鑄造廠(chang)生產(chan)的聯協式蒸汽機(ji)和伯明翰(han)廠(chang)生產(chan)的動力機(ji)床(chuang),進行機(ji)械(xie)化陶瓷生產(chan)。
1784年(nian),瓦特對聯(lian)協式蒸(zheng)汽(qi)機(ji)進(jin)行了(le)改(gai)進(jin),增加了(le)一種自動調節蒸(zheng)汽(qi)機(ji)速率的(de)裝置,使(shi)它能適用(yong)于各(ge)種機(ji)械的(de)運動。從此之后,紡織業(ye)(ye)、采礦業(ye)(ye)、冶金業(ye)(ye)、造(zao)紙業(ye)(ye)等(deng)工業(ye)(ye)部門,都先后采用(yong)蒸(zheng)汽(qi)機(ji)做為(wei)動力。
1785年(nian)以后,瓦特(te)改進(jin)的蒸(zheng)汽機首(shou)先在(zai)紡織(zhi)部門(men)投入(ru)使用,受(shou)到廣泛歡迎。
1794年,瓦(wa)特(te)與(yu)(yu)博(bo)爾頓(dun)合伙組(zu)建(jian)了(le)專門制造蒸(zheng)汽(qi)(qi)機(ji)的公司。在博(bo)爾頓(dun)的成功經營下,到1824年就(jiu)生(sheng)產了(le)1165臺蒸(zheng)汽(qi)(qi)機(ji)。瓦(wa)特(te)與(yu)(yu)博(bo)爾頓(dun)都賺到了(le)不少錢(qian)。
瓦(wa)特在(zai)半退休之前也有很多其它(ta)發(fa)明(ming),比如他發(fa)明(ming)了一種新(xin)的(de)(de)利用望(wang)遠鏡測距的(de)(de)方法,一種新(xin)的(de)(de)透印印刷術,對油燈進行了改進,蒸汽碾壓(ya)機(ji)以及延續(xu)至今的(de)(de)機(ji)械圖紙(zhi)著色法。
1800年瓦(wa)特(te)(te)的(de)(de)專利與博爾(er)(er)頓(dun)的(de)(de)合作(zuo)到(dao)(dao)期(qi),他(ta)(ta)于同(tong)年退休。但他(ta)(ta)們(men)的(de)(de)合作(zuo)延續到(dao)(dao)下(xia)一代,馬修·博爾(er)(er)頓(dun)與小詹姆斯·瓦(wa)特(te)(te)繼續合作(zuo),同(tong)時吸(xi)收了(le)威廉·默多克為合伙人,保證了(le)了(le)公司的(de)(de)持續成功。瓦(wa)特(te)(te)退休后(hou)曾(ceng)與他(ta)(ta)的(de)(de)第(di)二任(ren)妻子到(dao)(dao)法(fa)國(guo)與德國(guo)旅行,并(bing)且在威爾(er)(er)士購買了(le)一所住宅。
1819年8月(yue)25日(ri),83歲的瓦特(te)于英國(guo)斯塔(ta)福德(de)郡,漢茲(zi)沃斯(Handsworth, Staffordshire)的家(jia)中去世。
1785年瓦特(te)被接受為(wei)英國皇家學(xue)會院士。
1814年成為法國科學院8名外籍(ji)會員之一。