와트는' 버튼문 증기기관' 을 수리했는데, 그는 이 임무를 받아들인 후 곧 버튼문 엔진 모형을 수리했다. 그러나 그는 이것에 만족하지 않았다. 이번 수리를 통해 와트는 증기기관의 구조, 성능, 문제점을 더 잘 이해하고 그것에 흥미를 가지게 되었다. 마치 미혹된 것 같다. 그는 단추 엔진의 피스톤이 기본적으로 사람의 손을 기계적인 동력으로 대체하는 것을 관찰했지만, 1 분에 10 회까지만 왕복할 수 있어 효율성이 매우 낮았다. 그는 증기 기관의 설계를 개선하기로 결심했다.
와트는 증기기관의 원리를 배우기 시작하여 엔진의 원리에 근거하여 문제를 고려하기 시작했다. 그는 또한 증기의 성질을 연구했다. 증기와 연료 소비 등 구체적인 문제부터 시작해 열운동과 엔진 사이의 관계 등 추상적인 문제로 확대했다. 그는 많은 실험을 했지만, 여전히 버튼식 증기기관의 효율을 높일 구체적인 방법을 생각해 내지 못했다.
어느 화창한 일요일 오후, 와트는 교외를 산책하고 있었지만, 그의 머릿속에는 여전히 증기기관을 생각하고 있었다. 갑자기 한 가지 생각이 그의 머릿속에 번쩍였다. 증기 냉응기를 설치하면 실린더 안에서 증기가 냉각되어 응축되어 너무 많은 열을 낭비하는 중대한 결함을 보완할 수 있다는 것이다. 그는 즉시 글래스고 대학에서 일을 그만두고 원형의 시험 제작에 뛰어들었다. 렌트한 지하실에서 와트와 그의 조수는 반복적인 실험을 거쳐 마침내 1768 에서 독립냉응기가 있는 단작용 증기기관을 만들어 이듬해에 특허 신청을 받았다. 와트의 증기기관은 바튼의 증기기관보다 더 뚜렷한 우세를 가지고 있다. 안전은 더 믿을 만하고, 운동은 더 빠르며, 기름 소비는 75% 감소한다. 모두가 와트의 발명을 칭찬한다.
\ "아니! 단연 스타일일 뿐이에요. 나는 또한 더 원활하게 실행할 수 있도록 연계가 되고 싶다! " 와트는 자신의 업적에 만족하지 않는다.
1774 년에 와트는 아내의 죽음으로 스코틀랜드에서 버밍엄으로 이사했다. 제조업체의 볼턴 지원을 받아 우리는 계속해서 증기기관을 제조하고 개선하였다. 178 1 년, 와트는 행성 기어 매커니즘을 사용하여 증기 기관의 왕복 운동을 회전 운동으로 바꾸었다. 1782 년 와트는 더욱 정교한 연동 증기기관을 만들어 4 배 효율을 높였다. 1784 년, 그는 평행연결기구를 발명하여 증기기관을 더욱 광범위하게 응용했다. 1 년 후, 영국에서 처음으로 증기기관에 의해 구동되는 방적기가 나타났다. 1788 와트는 원심 조절기와 스로틀 밸브를 발명했다. 1790 년 실린더 실행기를 만들어 마침내 증기기관의 전체 발명 과정을 완성했다. 이때부터 성능이 우수한 와트 증기기관이 구식 버튼문 엔진을 완전히 대체했다.
기술적으로 와트 증기기관과 바튼 엔진은 질적인 차이가 있다. 단추 엔진의 피스톤 운동 부분은 증기에 의해 구동되고, 다른 부분은 외부 대기압에 의해 구동된다. 와트 증기기관은 밀폐 실린더를 사용하며 피스톤 운동은 전적으로 증기의 추진력에 의존하기 때문에 세계 최초의 증기기관이라고 부를 수 있다. 게다가, 원심조절기가 증기기관에 응용하여 동력단위인 마력을 창조한 것도 와트의 공로이다. 원심조절기는 프로세스 자체의 변화를 통해 프로세스를 제어하는 장치입니다. 자동화의 출현은 20 세기 이후에 발생했지만 와트에서 시작되었다. 조절기라는 단어는 그리스어를 통해 우리에게 현대 언어인 제어론을 제공한다.
연구방법으로 볼 때 와트는 당시 장인 대열에 들어가지 않았고 고등교육도 받지 못했다. 그러나 그는 증기 기관을 관찰, 이해 및 탐색하는 새로운 방법, 즉 과학과 실용성 모두에서 엔진이 어떻게 작동하는지 분석하는 새로운 방법을 찾았다. 이것은 현대 기술 전문가 특유의 연구 방법이기 때문에 와트를 최초의 현대 기술 전문가라고 해도 과언이 아니다.
와트의 발명으로 인류는 열운동을 기계 운동으로 바꾸는 기계 장치를 얻게 되어 사회의 동력과 에너지에 대한 수요를 만족시켰다. 공장이 대규모 생산을 시작하자 공장 노동자들이 장인을 대신했다. 1807 년에 미국인 풀턴은 와트의 증기기관을 배에 실었고, 기선은 그때부터 세계로 향했다. 18 14 년, 영국인 스티븐슨은 와트의 증기기관을 기관차에 실었고, 이때부터 철도교통은 5 대 대륙에 퍼졌다. 증기기관의 광범위한 사용은 결국 영국과 유럽의 산업혁명으로 이어져 사회생산성의 놀라운 발전을 가져왔다. 과학기술사상 처음으로 중대한 의의를 지닌 기술혁명이다.
와트의 위대한 발명을 기념하기 위해 사람들은 발전기와 모터의 전력 계산 단위를 약칭하여' 와트' 라고 부르는데, 지금까지 계속 사용되고 있다.