¿Qué inspiró a Watt a inventar la máquina de vapor?
Después de tener esta idea, Watt diseñó una máquina de vapor con un condensador separado ese mismo año. Según el diseño, existe una válvula reguladora entre el condensador y el cilindro para que puedan conectarse y separarse. De esta forma, el vapor después del trabajo se puede introducir en el condensador fuera del cilindro para generar el mismo vacío en el cilindro, evitando así el consumo de calor del cilindro durante el proceso de enfriamiento y calentamiento. Según la teoría de Watt, la eficiencia térmica de esta nueva máquina de vapor sería tres veces mayor que la de la máquina de vapor de Newcomen. En teoría, la máquina de vapor de Watt con condensador separador era significativamente mejor que la máquina de vapor de Newcomen. Sin embargo, todavía queda un largo camino por recorrer para convertir los aspectos teóricos en prácticos y convertir las máquinas de vapor de los dibujos en máquinas de vapor reales. Watt trabajó duro para construir varias máquinas de vapor, pero no eran tan efectivas como la máquina de vapor de Newcomen. Incluso perdían aire por todas partes y no podían arrancar. Aunque los costosos experimentos lo dejaron profundamente endeudado, no retrocedió ante las dificultades y continuó con los experimentos. Cuando Blake conoció los objetivos y la difícil situación de Watt, le presentó a Watt a un amigo muy rico, el técnico químico Roebuck. En aquel momento, Roebuck era un empresario muy rico. Abrió la primera gran ferrería en Caron, Escocia. Aunque Roebuck tenía casi 50 años en ese momento, todavía le apasionaban los nuevos inventos tecnológicos. Admiraba el nuevo dispositivo de Watt, que en ese momento sólo tenía treinta y tantos años, e inmediatamente firmó un contrato con Watt para patrocinar la producción de prueba de Watt de una nueva máquina de vapor.
Durante más de tres años a partir de 1766, Watt superó las dificultades en materiales y procesos, y finalmente realizó el primer prototipo en 1769. Ese mismo año, Watt recibió su primera patente en el proceso de revolucionar la máquina de vapor Newcomen por su invención del condensador. Aunque la primera máquina de vapor con condensador se produjo con éxito en una prueba, en comparación con la máquina de vapor de Newcomen, excepto por la mejora significativa en la eficiencia térmica, no hubo una mejora sustancial en su rendimiento como máquina de energía para impulsar otras máquinas en funcionamiento. En otras palabras, la máquina de vapor de Watt todavía no se puede utilizar como una máquina de energía real.
Debido a que la máquina de vapor de Watt aún no era ideal, el mercado no era amplio. Mientras Watt continuaba sus exploraciones, el propio Roebuck estaba al borde de la bancarrota y le presentó a Watt a su amigo, ingeniero y empresario Bolton, para que Watt pudiera obtener patrocinio para continuar su investigación y desarrollo. Bolton, de unos cuarenta años, era un ingeniero y empresario capaz. Expresó su aprecio por el espíritu innovador de Watt y estuvo dispuesto a patrocinar a Watt. Bolton participó a menudo en actividades sociales. En ese momento era uno de los principales miembros de la famosa sociedad científica de Birmingham "Full Moon Society". La mayoría de los participantes en esta sociedad son científicos, ingenieros, académicos y entusiastas de la ciencia locales. Después de la presentación de Bolton, Watt también se unió al Full Moon Club. Durante las actividades de la Full Moon Society, Watt aprendió más sobre la química de los gases y la termoquímica que preocupaban a la gente en ese momento, lo que sentó las bases para su posterior participación en el debate sobre la composición química del agua. Más importante aún, las actividades de la Full Moon Society permitieron a Watt aumentar aún más su conocimiento científico y activar su pensamiento científico.
Desde que cooperó con Burton, Watt ha recibido un fuerte apoyo en términos de fondos, equipos, materiales, etc. Watt también produjo dos máquinas de vapor con condensadores independientes, pero estas dos máquinas de vapor no recibieron mucha atención por parte de la sociedad porque no tenían mejoras significativas. Estas dos máquinas de vapor costaron tanto que Bolton estuvo al borde de la quiebra, pero aun así financió generosamente a Watt. Con su apoyo, Watt perseveró en la continuación de su investigación. Después de probar un prototipo de máquina de vapor con un condensador separado en 1769, Watt se dio cuenta de que la baja eficiencia térmica no era el principal defecto de su máquina de vapor, sino que la limitación fundamental era que el pistón sólo podía moverse en un movimiento lineal alternativo. En 1781, Watt todavía participaba en las actividades de la Full Moon Society. Quizás en la fiesta los participantes mencionaron que el descubrimiento de Urano y el movimiento circular de los planetas alrededor del Sol por parte del astrónomo Herschel lo inspiró. Quizás fue el movimiento circular de los engranajes del reloj lo que lo inspiró. Pensó que al convertir el movimiento lineal alternativo del pistón en rotación circular, se podría transmitir potencia a cualquier máquina en funcionamiento.
Ese mismo año, desarrolló un dispositivo de conexión de engranajes llamado "Sol y Planeta", que finalmente convirtió el movimiento lineal alternativo del pistón en el movimiento de rotación del engranaje. Para aumentar la inercia del eje de rotación del eje y hacer que el movimiento circular sea más uniforme, Watt también instaló un volante de inercia en el eje. Debido a esta gran innovación en los mecanismos tradicionales, la máquina de vapor de Watt realmente se convirtió en una máquina de energía que podía impulsarlo todo. A finales de 1781, Watt obtuvo su segunda patente por la invención de un varillaje mecánico de engranaje.