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提到“特斯拉”你會想到什么?是即將在中國上市的美國電動汽車品牌,還是物理教材中的磁感應強度單位?
無論是汽車還是物理學名詞,“特斯拉”的大名其實都源于一個真實的人——美籍塞爾維亞電氣工程師、與愛迪生齊名的發(fā)明家尼古拉·特斯拉(Nikola Tesla,1856~1943)。
特斯拉坎坷的一生頗具傳奇性,近幾年在一些文藝作品的渲染下,他的人生又多了許多神秘色彩。有人把他描述成一個具有特異功能的超人,有人懷疑他是來自外星球的高等生物,還有人認為地球上發(fā)生的許多神秘事件都與他的研究有關。特斯拉的發(fā)明創(chuàng)造及研究范圍大多與電氣、電子、光、無線電等有關,看不見摸不著的“電”讓特斯拉的真實面目更加模糊,筆者便忍不住要脫去其神秘外衣,還其真實的人生!
為電而生
有人會說,如果沒有愛迪生,也許人類還只能用燭光照亮黑夜。但也有人會說,如果沒有愛迪生,還有特斯拉呢!特斯拉才是上帝派給人類的普羅米修斯、電氣電子之神!
歷史沒有“如果”。在無線電通信和電力系統(tǒng)發(fā)展的過程中,我們既有愛迪生,又有特斯拉,上帝給人類派來了兩位偉大的發(fā)明家。在愛迪生9歲的那一年,尼古拉·特斯拉伴隨著一道閃電來到了人間。3歲時,特斯拉用手撫摸他的寵物貓,突然看到一道細微閃光穿過手掌,隨即帶來一陣奇怪的麻痹感。父親告訴驚魂未定卻又不停地問“為什么?”的兒子,“那是電,和天空打雷時一樣的電!”小特斯拉心里想:“和打雷閃電一樣?難道天地宇宙是一只大貓嗎?如果是一只大貓,又是誰在撫摸它呢?是上帝嗎?”太多的疑問糾纏著這個不停思考的孩子。從此,“電”這個名詞,深深地刻在了特斯拉的腦海中。孩童和少年時代的特斯拉經常出現幻覺,眼中總是看到火花電光閃爍一片。
父親希望特斯拉將來做牧師,特斯拉卻暗暗立志,要畢生研究電。后來特斯拉染上了霍亂,這一場大病動搖了父親的信念,成就了兒子的夢想,從此,特斯拉與電結下不解之緣。
美國夢
1884年,特斯拉帶著他的美國夢,從巴黎來到紐約。一路上錢和車船票全被小偷偷走了,到達美國時口袋里只剩下4美分,他慕名投靠到當時已經大名鼎鼎的愛迪生門下。
兩年前,愛迪生——這個新澤西門羅公園的奇才,用他的白熾燈泡和華萊士的直流發(fā)電機,第一次點亮了曼哈頓!那是1882年6月17日的晚上,突然,位于麥迪生大道上的意大利式摩根豪宅,200多只燈泡同時亮了起來,寶石一般柔和明亮的燈光,照亮了這位華爾街金融大亨新家的每個角落!
在此之后,愛迪生的直流供電系統(tǒng)從曼哈頓向各地延伸,人們?yōu)樾录夹g的成功而歡呼雀躍的同時,也被它帶來的危險及不便所困惑、煩惱和驚嚇。比如,摩根的鄰居布朗太太,受不了摩根家地下室里發(fā)電機運轉時震耳欲聾的聲音;更為可怕的是,還經常有些小的電力災難,因短路而造成起火和觸電事故,讓人們對這個新技術既愛又怕,耿耿于懷。
這時,正好特斯拉來了,愛迪生稱他為“我們的巴黎小伙子”。愛迪生立刻發(fā)現這個塞爾維亞裔的年輕古怪工程師是個很有用的人才,便委以重任,讓他去改良很不完善的直流供電設備,并口頭承諾5萬美元的獎賞。特斯拉兢兢業(yè)業(yè)地工作,不到一年就設計出了24種不同的機器來取代舊機器。但是當他向愛迪生提到承諾的獎金時,得到的卻是愛迪生輕飄飄的一句話:“啊,你太不懂我們美國式的幽默了!”
世紀電流大戰(zhàn)
更令特斯拉不快的是,愛迪生的公司里,沒有一個人愿意接受他關于交流電的看法和建議。特斯拉早在學生時代,就在腦海中完成了有關交流感應發(fā)電機的構想,他是帶著他的“交流之夢”來找愛迪生的。但是,技術的發(fā)展并不只與技術本身有關,市場的走向、商業(yè)的運作、公司的發(fā)展、投資者的利益,諸多的因素摻雜其中。歷史總是有相似之處,20世紀末21世紀初,世界上演了一場互聯(lián)網大戰(zhàn),而在100多年前,特斯拉和愛迪生之間則有過一場“電流大戰(zhàn)”。
愛迪生當然不會接受特斯拉有關交流電的突發(fā)奇想,那時正是他的直流供電系統(tǒng)蒸蒸日上的時期,愛迪生本人也已經因此而腰纏萬貫,變成了一位商界名流。
在愛迪生的公司里,特斯拉實現不了他的交流電之夢,又被愛迪生不遵守承諾而激怒。因此,特斯拉一氣之下便辭職離開了愛迪生公司。當然,為自己魯莽倉促的決定,特斯拉付出了沉重的代價,他辭職之后一兩年內的生活全靠體力勞動支撐。后來,連特斯拉的工頭都發(fā)現,這個塞爾維亞年輕人不是一個普通的、認真干活的工人,起碼能算是一個有經驗的工程師,甚至是一位電學專家。因此,工頭把他介紹給自己認識的大人物。終于有一天,特斯拉有了重圓電氣夢的機會,他在自由街87號有了第一個電氣實驗室,他開始研發(fā)早就在腦海里完成多次的整套交流電供電設備。
在特斯拉為貧困所趨到處打工的時日里,交流電和直流電的“電流之戰(zhàn)”已經悄然而起,這場戰(zhàn)爭是從來自匹茲堡的喬治·威斯汀豪斯的交流電公司侵犯到愛迪生的供電市場而開始的。
喬治·威斯汀豪斯是美國著名的實業(yè)家、發(fā)明家,西屋電氣公司創(chuàng)始人。1888年7月底,特斯拉帶著交流電方面的多項專利,正式加盟威斯汀豪斯,使其與愛迪生的電流之戰(zhàn)達到白熱化。
與直流電相比,交流電在發(fā)電和配電方面有許多優(yōu)越之處,這也是為什么特斯拉所發(fā)明的三相交流電及其感應電機設備,以及110伏特、60赫茲的供電標準在美國沿用至今的原因。
特斯拉發(fā)明的多項交流發(fā)電機可以很方便地把機械能、化學能等轉換成電能;交流電系統(tǒng)利用電磁感應的原理建造變壓器后,可以很方便地升高降低電壓,達到遠距離傳輸的目的。因為在高壓的情況下進行傳輸,才能降低損耗,傳得遠。而愛迪生推崇的直流電,只能以較低的功率和電壓發(fā)電,在整個線路上,每隔幾十米就必須安裝一臺發(fā)電機。
當然,從物理的角度看,直流電輸電也有其優(yōu)越之處,沒有因為電容電流而產生的損耗;沒有因為趨膚效應而引起的電線有效面積的減少;不需要交流輸電的同步調整等等。endprint
交流電最獨特的優(yōu)勢是容易變壓。因為傳輸的損耗與電流平方成正比,所以,傳輸電流越小,損耗就越小。而傳輸的功率則等于電壓和電流相乘,要減小電流從而達到減小損耗的目的的話,就必須要增大電壓,才能將同樣數值的功率傳輸到用戶端。比如,傳輸同樣的功率,如果電壓加倍,電流則減半,損耗則減到四分之一。并且,用戶離得越遠,就需要將傳輸電壓升得越高。交流電容易變壓的特點正好適合高壓輸電,使用結構簡單的變壓器即可將電壓升至幾千至幾十萬伏特,傳送到幾百千米之外,這是愛迪生的直流供電系統(tǒng)望塵莫及的。
然而,愛迪生為了商業(yè)的利益,極力維護他的直流電獨立王國,用盡心機和手腕,拼全力拒絕和詆毀交流電。最后,這場電流大戰(zhàn)以威斯汀豪斯和特斯拉的勝利而告終。
后來,交流電逐漸取代了直流電成為供電的主流。而特斯拉擁有交流電的專利權,在當時每生產一匹交流電就必須向特斯拉繳納1美元專利費。在強大的利益驅動下,當時一股財團勢力要挾特斯拉放棄此項專利權,并意圖獨占牟利。經過多番交涉后,特斯拉決定放棄交流電的專利權,條件是交流電的專利將永久公開。
從用旋轉磁場的方法改進馬達而發(fā)明交流感應電動機、發(fā)電機,到創(chuàng)造第一臺無線電遙控機,發(fā)明推廣交流電體系,發(fā)明特斯拉線圈,制造人工閃電,研究全球無線供電系統(tǒng),特斯拉的大部分發(fā)明專利都與電有關,他不愧為是電氣化領域的先驅,是為電而生的天才。
生命尾聲
1912年,由于特斯拉和愛迪生在電力方面的貢獻,兩人被同時授予諾貝爾物理學獎,但是兩人都拒絕領獎,理由是無法忍受和對方一起分享這一榮譽。放棄了交流電專利權,老年的特斯拉幾乎一貧如洗。晚年時,特斯拉深深著迷于波粒二象性,也就是電磁波既是波也是粒子的理論。特斯拉對此領域的研究使其有了一個想法,那便是操縱一定模式的電磁波去創(chuàng)造出“光之墻”。此神秘之墻能使時間、空間、重力和物質被意志所改變,并產生出一系列似乎只在科幻小說中出現的事物,包括反重力太空船、空間傳送和時間旅行 。20世紀30年代,在接近生命的尾聲階段,特斯拉變得深居簡出,舉止怪異。1943年1月7日,終生未娶的特斯拉在紐約一家酒店因心臟衰竭逝世,享年87歲。特斯拉是一個絕世天才,也是一位曾被世界遺忘的科學巨匠,更是一生致力于全世界而不是為特定某個國家效力的偉人。
【責任編輯】張小萌
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電流大戰(zhàn)中的里程碑事件
交流電打敗直流電的過程中有兩件大事,第一件大事就是1893年的芝加哥世博會。在這次大會上,威斯汀豪斯的西屋電氣公司用三相交流電點亮了十幾萬只燈泡,在夜晚,將整個博覽會照耀得如同白晝一般。特斯拉則在這個世界性博覽會上第一次為電子展品開設的展區(qū)中出盡風頭。他展示了他的熒光燈和沒有電線連接卻能發(fā)光的燈泡等新發(fā)明;還有通電后就能旋轉而站立的銅蛋(稱為哥倫布蛋),特斯拉以此向人們說明他的感應電動機和旋轉磁場的原理。
關于交流電的另一個具有歷史意義的事件,則是1896年11月特斯拉設計的尼亞加拉水電站在尼亞加拉大瀑布落成。電站落成送電后,各媒體興奮地競相報道:“電閘一合上,洶涌澎湃的瀑布便流向了山巔?!?至今,這項建成足足超過100年的電力系統(tǒng)仍然運作如常,從未間斷地產出天然能源,可謂是近百年來科學史上的一大奇跡。后來,人們在尼亞加拉大瀑布公園中豎起一尊特斯拉的銅像,以紀念他對人類電氣化事業(yè)的無私奉獻。endprint