[세상을 바꾼 리더] [54] 제임스 와트 : 산업혁명 부른 보급형 증기기관, 세상을 바꾸다

[당촌]

[세상을 바꾼 리더] [54] 제임스 와트

산업혁명 부른

보급형 증기기관, 세상을 바꾸다

인류 역사상 가장 위대한 발명 중 하나로 꼽히는 증기기관은 인류의 생활을 크게 바꿔 놓은 산업혁명의 원동력이 됐어요. 증기의 열에너지를 기계의 동력으로 바꾸는 증기기관에 대한 연구는 오랜 시간 동안 이뤄졌지만, 이를 대중화시킨 인물은 제임스 와트(1736~1819)랍니다.

스코틀랜드에 있는 항구 도시 그리녹에서 태어난 와트는 어린 시절 병약한 아이였어요. 그럼에도 호기심이 많아 주변에서 많은 것을 배웠죠. 특히 그는 선박 기술자였던 아버지가 가지고 있던 나침반과 망원경 같은 항해용품에 관심이 많아 기계 사용법과 수리법을 직접 배웠어요.



▲ 증기기관으로 인류의 삶을 변화시킨 발명가 제임스 와트의 모습이에요. 영국과학진흥협회는 그 공적을 기려 일률과 전력의 단위를 그의 성(姓)인 ‘와트’라 불렀고, 이후 국제단위로 인정받았습니다.
아버지의 병으로 집안이 어려워지자 그는 과학 도구를 만드는 일을 본격적으로 했는데, 이 일은 고향에서는 불가능했어요. 고도의 기술이 필요한 데다 오랫동안 체계적인 교육을 받아야 했기 때문이죠. 결국 와트는 열여덟 살이라는 어린 나이에 기계 기술이 발달한 도시인 글래스고로 갔어요. 하지만 여기서도 만족할 만한 훈련을 받을 수 없어, 영국의 수도인 런던으로 갔죠. 수습생을 하며 밤낮으로 기술을 배운 끝에, 남들은 몇 년에 걸쳐 해야 할 훈련을 1년 만에 마칠 수 있었어요. 이후 글래스고로 돌아와 기계 제작과 수리를 하는 가게를 연 와트는 '뉴커먼기관'이라는 기계의 수리를 맡게 돼요. 뉴커먼기관은 당시 탄광 속에서 물을 퍼낼 때 쓰던 기계였죠. 그것은 실린더 안 수증기의 압축과 팽창을 통해 발생하는 기압 차를 이용해 피스톤이 상하로 왕복 운동하게 함으로써 지하 수면보다 깊은 곳에 있는 갱도에서 물을 퍼내는, 일종의 펌프였죠. 이 기계가 만들어지기 전에는 광산에 고여 있는 물을 모두 사람들이 직접 파내야 했죠. 그것의 등장으로 사람들의 희생을 줄일 수 있었어요.

하지만 이 기계에는 단점이 있었죠. 물을 퍼 올리는 힘이 너무 약하고 고장이 잦은 것이에요. 게다가 연료도 많이 필요했죠. 와트는 기계에서 가장 중요한 점은 '효율'이라고 생각했어요. 적은 연료로 많은 일을 할 수 있는 것이 좋은 기계라는 것이죠.

오랜 연구 끝에 와트는 방법을 찾아냈지만, 이를 실용화하는 것은 매우 어려웠어요. 많은 돈과 시간이 필요한 연구에 매달리는 사이, 생활고에 빠졌거든요. 그러나 그는 수많은 실패와 좌절을 경험하면서도 포기하지 않았고, 결국 사업가 매튜 볼턴의 투자를 받아 새로운 증기기관을 완성할 수 있었습니다.

그는 수증기를 실린더 안이 아니라 실린더와 연결된 별도의 응축기에서 압축하는 방법을 고안했어요. 이 방법을 사용하니 응축기만 냉각되고 실린더의 열은 보존돼 효율성을 높일 수 있었죠. 와트는 여기에 만족하지 않고 피스톤의 양 방향 모두 힘이 작용하도록 해 상하운동 모두 동력으로 활용하게 하여 증기기관의 힘을 강화시킨 '복동식 증기기관'을 만들었어요. 또한 증기기관도 회전운동이 가능하게 하였죠. 이로써 공장의 기계나 증기기관차, 증기선, 자동차 등 다양한 기계의 개발이 가능하게 하였어요. 증기기관을 통해 증기기관차와 증기선이 등장했고 덕분에 사람과 물자의 이동 시간은 이전보다 훨씬 빨라졌죠. 또 공장 기계를 가동시키는 동력으로도 사용되었어요.

와트는 "증기기관이 제대로 작동한다면 세상에 큰 변화가 올 것"이라고 말했어요. 와트의 도전 정신과 열정으로 탄생한 증기기관은 그의 말대로 세상을 획기적으로 바꿨습니다.

[1분 상식] 세계 최초의 증기 장치는 무엇인가요?

18세기 산업혁명을 이끈 증기기관은 1세기경 그리스의 물리학자인 헤론의 연구에서부터 시작됩니다. ‘공기역학’이라는 저서에서 헤론은 증기를 방출해 구의 회전운동을 일으키는 ‘아에올리스의 공’이라는 장치를 만들었다고 기록했죠. 이것이 증기의 힘을 이용해 회전운동을 일으킨 세계 최초 증기 장치이나 당시 널리 활용되지는 못했다고 해요.

김선영·후(who) 시리즈 위인전 편집인

헨델 음악 연속듣기, 해설

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