Wir wollen nun annehmen, der Kolben sei so nahe als möglich an den oberen Rand des Zylinders emporgehoben, und der Raum unterhalb desselben sei von Luft, Dampf und anderen Flüssigkeiten entleert. Wir wollen des weiteren annehmen, daß der vom Dampfkessel her oberhalb des Kolbens eintretende Dampf die selbige Dichtigkeit oder Federkraft besitze wie der Luftdruck der Atmosphäre, oder die Fähigkeit besitze, eine Quecksilbersäule von 30 Zoll Höhe im Barometer zu tragen. Dann, so behaupte ich, wird der Druck oder die Federkraft auf jedem Quadratzoll der oberen Fläche des Kolbens ungefähr 14 Pfund betragen, und diese Kraft wird, wenn sie während eines ganzen Maschinenhubes auf den Kolben zur Einwirkung gelangt und zum Antrieb einer oder mehrerer Pumpen, sei es mittelbar oder unmittelbar, benutzt wird, während des ganzen Hubes eine Wassersäule fördern, deren Gewicht zehn Pfund auf den Quadratzoll des Kolbens beträgt, außer der Reibung und der dem Wasser und den Maschinenteilen innewohnenden Trägheit. Unter der Annahme aber, daß die gesamte Entfernung von der Unterseite des Kolbens bis zum Grunde des Zylinders acht Fuß beträgt, und daß die Dampfzufuhr vom Kessel vollständig abgeschnitten ist, wenn der Kolben bis zum Punkt K zwei Fuß oder ein Viertel des Hubes des Kolbens abwärts gegangen ist, behaupte ich, daß, wenn der Kolben die Hälfte seines Hubes zurückgelegt hat, die Federkraft des Dampfes die Hälfte der ursprünglichen Kraft betragen wird. Des weiteren wird, wenn der Kolben bei P angelangt ist, die Kraft des Dampfes ein Drittel der ursprünglichen Kraft betragen oder 4⅔ Pfund auf jeden Quadratzoll der Kolbenfläche. Ferner wird, wenn der Kolben am Ende seines Hubes angelangt ist, die Federkraft des Dampfes ein Viertel seiner ursprünglichen Kraft betragen oder 3½ Pfund auf den Quadratzoll der Kolbenfläche.
Des weiteren behaupte ich, daß die Federkräfte des Dampfes in den übrigen Abschnitten der Zylinderlänge, die durch die Horizontallinien oder Ordinaten der Kurve KL dargestellt und in dem Zylinder aufgetragen sind, durch die in Dezimalbrüchen der ursprünglichen Kraft ausgedrückten Zahlen dargestellt werden.
Und des weiteren behaupte ich, daß die Summe aller dieser Kräfte größer ist als 57 Hundertstel der ursprünglichen Kraft, multipliziert mit der Länge des Zylinders.
Demnach leuchtet ein, daß nur ein Viertel des zur Füllung des ganzen Zylinders erforderlichen Dampfes zur Anwendung gelangt, und daß der erzielte Effekt mehr als die Hälfte des Effekts beträgt, der durch einen ganz mit Dampf gefüllten Zylinder erreicht wird, wenn der Dampf während des ganzen Niederganges des Kolbens frei über dem Kolben zum Eintritt gelangt wäre.
Hieraus folgt, daß die sogenannte neue oder Expansionsmaschine imstande ist, Wassersäulen zu heben, deren Gewichte entsprechen einem Gewicht von fünf Pfund auf jeden Quadratzoll der Kolbenfläche, und zwar mit Dampf von einem Viertel Inhalt des Zylinders.
Obgleich ich nun die Viertelfüllung hier anführe, so muß ich dennoch bemerken, daß ein anderes Füllungsverhältnis oder andere Abmessungen des Zylinders ähnliche Erfolge herbeiführen können, und daß ich in der Praxis diese Verhältnisse je nach der Eigenart des vorliegenden Falles ändere.“
Diese Ausnutzung der Expansion des Dampfes führte Watt dann später auf die Erfindung des Indikators, eines Instrumentes, das selbsttätig die Expansionskurven des Dampfes aufzeichnet.
Der weitere Inhalt der Patenturkunde beschäftigt sich sodann mit den Mitteln zur Erzielung eines gleichmäßigen Ganges der Maschine. Dieser wird stark durch den Umstand beeinträchtigt, daß die vom Dampf ausgeübte Kraft ungleichmäßig ausfällt, während das Gewicht des zu hebenden Wassers und die sonst von der Maschine zu leistende Arbeit als gleichmäßig anzunehmen ist.
Alsdann wendet sich Watt der zweiten von ihm erfundenen Verbesserung der Dampfmaschine zu, nämlich deren doppelt wirkender Anordnung.
„Meine zweite Verbesserung der Dampf- oder Feuermaschine besteht darin, daß ich die Federkraft des Dampfes dazu benutze, den Kolben aufwärts und auch abwärts zu bewegen, indem ich eine Luftleere ober- oder unterhalb des Kolbens herbeiführe und den Dampf zu derselben Zeit zur Einwirkung auf den Kolben in demjenigen Teile des Zylinders bringe, der nicht ausgepumpt (exhausted) ist. Demnach kann eine derartig eingerichtete Maschine in derselben Zeit das Zweifache derjenigen Arbeit verrichten, die bisher von einer einfach wirkenden Maschine geleistet ist.“