वाफेवर चालणार्या आगगाडीचा जनक म्हणून जेम्स वॅटला ओळखलं जातं. स्कॉटलंडमधील ग्रीनक या गावी जन्मलेल्या वॅटला परिस्थितीमुळे फारसं शिक्षण घेता आलं नाही. उपजीविकेसाठी लंडन येथील शास्त्रीय उपकरणांचं उत्पादन करणार्या एका उद्योगात तो काम करू लागला. हे काम करत असताना व्यवसायातील आणि तंत्रज्ञानातील बारकावे त्यानं आत्मसात केले आणि ग्लास्गो इथं त्यानं शास्त्रीय उपकरणांच्या उत्पादनाचा स्वत:चा उद्योग सुरू केला. ग्लास्गो विद्यापीठात उष्णतेविषयक संशोधन करणार्या जोसेफ ब्लंक नावाच्या शास्त्रज्ञाशी त्याची ओळख झाली. त्याच्याबरोबर होणार्या चर्चेतून वॅटला वाफेच्या शक्तीविषयी कुतूहल निर्माण झालं.
वाफेच्या शक्तीवर यंत्र चालवण्याची कल्पना वॅटला चहाच्या किटलीच्या उडणार्या झाकणावरून सुचली असा समज आहे. तो फारसा बरोबर नाही. वाफेचं स्वरूप आणि तिच्या शक्तीचा अंदाज समजून घेण्यासाठी त्याआधीही अनेक प्रयत्न झाले होते. इ.स.पूर्व 130 च्या सुमारास ग्रीक शास्त्रज्ञ हीरो यानं अलेक्झांड्रिया येथे वाफेच्या शक्तीवर चालणारे अएजङखझखङए या नावाचं गोलाकार यंत्र तयार केलं होतं. त्यानंतर 1690 मध्ये फ्रेंच संशोधक डेनिस पॅपिन यानं सिलिंडरमधील पाण्याला उष्णता देऊन तयार झालेल्या वाफेनं वर ढकलला जाणारा पिस्टन वाफेच्या सांद्रीभवनानंतर खाली येतो असं निरीक्षण नोंदवलं. 1698 मध्ये थॉमस सॅव्हरी या ब्रिटीश इंजिनियरनं कोळशाच्या खाणीतलं अनावश्यक पाणी उपसून काढण्यासाठी वाफेच्या शक्तीवर एक यंत्र तयार केलं. पुढे 1712 मध्ये थॉमस न्यूकॉमेन यानं याच कामासाठी, आधीच्या दोन्ही प्रयोगांचा वापर करून एक यंत्र(अॅटमॉस्फेरिक-स्टीम मशीन) विकसित केलं. या यंत्रात दर मिनिटाला 12 वेळा वाफेच्या शक्तीने वरखाली होणारा पिस्टन या कालावधीत 156 फुटाखालील 50 गॅलन पाणी उपसत असे.
जेम्स वॅटला वाफेच्या शक्तीवर चालणार्या यंत्रांमध्ये रस निर्माण झाल्यावर त्यानं न्यूकॉमेनच्या यंत्राचा अभ्यास केला. 1765 ते 1788 या दरम्यान हे यंत्र अधिकाधिक विकसित करण्यासाठी त्यानं अनेक प्रयोग केले. कंडेन्सर, इन्सुलेशन, निर्वात केलेला पंप आणि वाफेच्या प्रत्यक्ष दाबाचा वापर अशा अभिनव कल्पना त्यात वापरल्या. सिलिंडरच्या दोन्हीही बाजूंकडून आलटून पालटून वाफ आत सोडल्यामुळे, पिस्टन पुढे व मागे दोन्ही बाजूला ढकलण्याच्या इंजिनच्या कामात वाफेचा पुरेपूर उपयोग होऊ लागला, खर्या अर्थाने ते ‘स्टीम इंजिन’ झालं. आता एका लयीत होणार्या पिस्टनच्या हालचालींमुळे एक चाक फिरू शकेल अशी (पॅरलल मोशन) यंत्रणाही त्यानं शोधून काढली. यासाठी त्यानं गिअर्सचा आणि नंतर क्रँकशॅफ्टचा उपयोग केला, जो आजच्या आधुनिक इंजिनमध्येही केला जातो. यातला पुढचा टप्पा म्हणून वेग नियंत्रित करण्याकरता थ्रॉटल व्हॉल्वही बसवले आणि एका नियंत्रकाचा(गव्हर्नर) वापर करून इंजिनचा वेग स्वनियंत्रित(ऑटोमॅटिक) केला.
या सगळ्या बदलांमुळे यांत्रिकीकरणाला नवा वेग आला. या आधी जे काही मोजके कारखाने होते, ते पाण्याच्या वेगवान प्रवाहाचा वापर करून घेऊन त्यावर चक्क्या फिरवत असत. पण पावसाळ्यातला पूर, उन्हाळ्यातला पाण्याचा तुटवडा आणि नदी किंवा मोठ्या ओढ्याशेजारीच कारखाना थाटणे या तशा अडचणीच्या गोष्टी होत्या. वॅटच्या यंत्रानं ही समस्या सोडवली. ज्या देशांकडे कोळशाचे भरपूर साठे होते त्यांना तर फारच फायदा झाला. इंग्लंडच्या 18 व 19 व्या शतकातल्या साम्राज्यविस्तारामागे त्यांच्याकडे आढळलेले कोळशाचे साठे हे एक महत्वाचं कारण आहे. वाफेच्या शक्तीवर चालणार्या रेलगाड्यांमुळे उद्येाग आणि व्यापार यांना चांगलीच चालना मिळाली, तसंच तत्कालीन अमेरिका देशाचा पश्चिमेकडे सहजपणे विस्तार होऊ शकला.
आज जरी अंतर्गत ज्वलन करणार्या आणि विजेवर चालणार्या इंजिनांनी वाफेच्या इंजिनाची जागा घेतली असली तरी त्यांची निर्मिती, ‘उष्णता उर्जेच्या यांत्रिक उर्जेतील बदलाच्या’ मूळ तत्वावरच आधारलेली आहे. वाफेच्या शक्तीचा वापर करून घेण्यात सगळ्यात मोठ योगदान जेम्स वॅटचं. कोणतंही तंत्रज्ञान टप्प्याटप्प्यानंच विकसित होतं याचं वाफेचं इंजिन हे उत्तम उदाहरण आहे. म्हणूनच वॅटचं वाफेचं इंजिन हा विज्ञानाच्या प्रगतीतील एक महत्वाचा टप्पा समजला जातो.
– डॉ. आशुतोष मुळ्ये