Black, dem diese Erklärung nicht genügte, stellte zunächst fest, daß, wenn Wasser zum Sieden gebracht und auf gleichmäßiges Feuer gebracht wird, in gleichen Zeitabschnitten gleiche Mengen Dampf erzeugt werden. Des weiteren stellte er fest, wieviel Zeit vergeht, bis eine gewisse Wassermenge von einer gleichförmigen Flamme zum Sieden gebracht und vollkommen verdampft wird.

James Watt, der, wie wir bereits berichteten, mit Black befreundet war, machte in derselben Richtung folgende Versuche: Er brachte in einem offenen Papinschen Topf Wasser zum Sieden, und zwar so, daß in einer halben Stunde die Oberfläche des Wassers um einen Zoll sank. Hierauf unterbrach er das Sieden, fügte so viel Wasser hinzu, wie verdampft war, und brachte den Topf wiederum auf die in gleicher Stärke unterhaltene Flamme. Als das Sieden begann, schloß er den Dampfhahn und ließ nun eine halbe Stunde vergehen. Als er dann den Dampfhahn öffnete, strömte der Dampf innerhalb zwei Minuten aus und die Oberfläche des Wassers sank wieder um einen Zoll. Hieraus ergab sich, daß die Wärme, die von dem Wasser innerhalb einer halben Stunde aufgenommen wurde, entweder langsam innerhalb einer halben Stunde oder schnell innerhalb zwei Minuten dieselbe Wassermenge verdampfen konnte. Black zeigte auch, daß der Dampf bei seiner Bildung Wärme „bindet“ und bei der Verdichtung wieder dieselbe Wärmemenge frei gibt.

James Watts Verdienste bestehen darin, daß er den Wärmeverbrauch bei der Verdampfung und die Abhängigkeit des Dampfdruckes von der Temperatur untersuchte und die Gesetze, die für die Verdichtung des Dampfes maßgeblich sind, ermittelte. Er erkannte hierbei als hauptsächlichsten Grund des hohen Dampfverbrauchs der Newcomenmaschine, daß bei jedem Kolbenhub kaltes Wasser in den Dampfzylinder gespritzt wurde. Dieses hatte zur Folge, daß der von neuem in den Zylinder eingeführte Dampf zur Erwärmung des Zylinders notwendig war. Aus dieser Erkenntnis leitete Watt die Forderung ab, daß die Kondensation des Dampfes tunlichst schnell bewirkt werden müsse, ohne daß der Zylinder sich abkühlte. Zu diesem Zweck führte er zunächst den Zylinder aus Holz aus. Da aber in einem hölzernen Zylinder eine dampfdichte Führung des Kolbens infolge Verwerfens der Holzwandungen nicht zu erreichen war, wandte er sich alsbald wiederum dem eisernen Zylinder zu, den er durch ein Rohr mit einem besonderen Behälter in Verbindung brachte, der kaltes Wasser enthielt. Diesen Behälter nannte Watt „Kondensator“. Die bahnbrechende Folge dieser Neuerung des von dem Zylinder getrennten selbständigen Kondensiergefäßes bestand darin, daß der Dampf niedergeschlagen wurde, ohne daß der Dampfzylinder abgekühlt wurde. Den Kondensator erhielt Watt dadurch andauernd auf der erforderlichen niedrigen Temperatur, daß er durch eine von der Maschine angetriebene Pumpe in denselben stets kaltes Wasser einspritzte, während eine zweite Pumpe, die sogenannte Warmwasserpumpe oder Luftpumpe, das kondensierte Wasser aus dem Kondensator hinaussaugte. Die Bezeichnung Luftpumpe trifft um deswillen zu, weil diese Pumpe neben dem Wasser auch die in dem kalten Wasser und in dem Dampf enthaltene Luft abführt. Das aus dem Kondensator ausgepumpte warme Wasser führte Watt dem Dampfkessel zu, wodurch eine weitgehende Ersparnis an Brennstoffen erzielt wurde.

Die mit diesen Wattschen Verbesserungen ausgestattete Dampfmaschine hat folgenden Arbeitsgang: Wenn der Kolben sich in seiner tiefsten Stellung befindet, wird unterhalb desselben Dampf eingeführt, infolgedessen sich der Kolben aufwärts bewegt; währenddessen ist die Verbindung zwischen Zylinder und Kondensator abgeschlossen. Hat der Kolben die höchste Stellung erreicht, so wird die Dampfzufuhr geschlossen, zugleich aber die Verbindung zwischen dem Zylinder und dem Kondensator geöffnet. Infolgedessen wird der unterhalb des Kolbens befindliche Dampf kondensiert und der Kolben geht unter Einwirkung des Druckes der Atmosphäre abwärts.

Auf diese die Dampfmaschine erst lebensfähig machende Neuerungen erhielt James Watt, nachdem er am 5. Januar 1769 den vorläufigen Schutz eines Königlichen Privilegs bekommen hatte, das Patent Nr. 913. Dasselbe hat folgenden Wortlaut:

A. D. 1769 Nr. 913.
Dampfmaschinen etc.
Watts Patentbeschreibung.

Allen denjenigen, welchen dieses Schriftstück zu Gesicht gelangt, sende ich, James Watt, aus Glasgow in Schottland, Kaufmann, meinen Gruß.

Sintemal Seine Allerhöchste Majestät, König Georg der Dritte, durch seinen Patentbrief unter beigedrucktem Großsiegel von Großbritannien vom 5. Januar des neunten Regierungsjahres Seiner Majestät mir, dem genannten James Watt, seine besondere Erlaubnis, Vollmacht, Privilegium und Befugnis gab, daß ich, der genannte James Watt, meine Vollstrecker, Verwalter und Bevollmächtigten während einer bestimmten Reihe von Jahren meine „Neu erfundene Methode der Verminderung des Verbrauchs von Dampf und Brennstoff in Feuermaschinen“ zu benutzen, auszuüben und zu verkaufen befugt bin, und zwar überall in demjenigen Teile des Königreiches Groß-Britannien, welcher England genannt wird, in der Herrschaft Wales, in der Stadt Berwick am Tweed und ferner in Seiner Majestät Kolonien und Ansiedlungen, und ich, der erwähnte James Watt, in dem erwähnten Patentbriefe verpflichtet werde, unter Unterschrift und Siegel eine eingehende Beschreibung des Wesens meiner Erfindung zu geben, welche in Seiner Majestät Hoher Hofkanzlei eingetragen werden soll, innerhalb vier Monate nach dem Datum des erwähnten Patentbriefes:

So wisset nun, daß in Erfüllung der genannten Verpflichtung und Festsetzung ich, der erwähnte James Watt, erkläre, daß das Folgende eine eingehende Beschreibung meiner in Rede stehenden Erfindung und der Art und Weise, in welcher dieselbe zur Ausführung gelangt, ist,

(das will sagen): —