與電結(jié)緣

尼古拉·特斯拉出生于奧地利帝國軍事邊境的一個(gè)東正教牧師家庭，他的父親善于制作家用工具和機(jī)械器具，這也讓特斯拉從小具備了很強(qiáng)的動手能力。在中學(xué)期間，特斯拉第一次看到物理學(xué)教授演示的電實(shí)驗(yàn)，并對這種“神秘現(xiàn)象”產(chǎn)生了強(qiáng)烈的探索欲。

1875年，特斯拉的父親幫他取得了軍事前沿管理機(jī)關(guān)的獎(jiǎng)學(xué)金，特斯拉由此獲得了進(jìn)入格拉茲科技大學(xué)學(xué)習(xí)的機(jī)會。盡管當(dāng)時(shí)學(xué)校提供了土木工程的課程，但也許是為了取悅父親或是追隨叔叔約瑟夫的腳步，特斯拉最后還是選擇了數(shù)學(xué)與物理學(xué)。在大學(xué)期間，特斯拉的數(shù)學(xué)成績很好，然而他最喜歡的課程是雅各布·波西爾教授講授的物理學(xué)。在波西爾的課堂上，特斯拉獲得了一套進(jìn)入電學(xué)的系統(tǒng)化方法，有點(diǎn)類似于咱們現(xiàn)在初中到高中階段的物理課程，只不過我們現(xiàn)在是在學(xué)他們當(dāng)時(shí)所研究的成果，他們學(xué)習(xí)的則是從古希臘逐步講到最新的電氣科學(xué)發(fā)展。

特斯拉第一次產(chǎn)生交流電的想法是在波西爾的課堂上，當(dāng)時(shí)教授為了演示以電的形式傳輸能量，將一臺直流發(fā)電機(jī)接上電池，直接當(dāng)電動機(jī)來用。但在使用過程中，由于波西爾難以完美調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的換向器電刷（用來反轉(zhuǎn)電流），在演示的時(shí)候出現(xiàn)了嚴(yán)重的火花，這也是當(dāng)時(shí)直流發(fā)電機(jī)讓人詬病的地方。

而特斯拉看到這種現(xiàn)象后，仔細(xì)檢查了直流電動機(jī)的運(yùn)作原理，他發(fā)現(xiàn)電動機(jī)中的轉(zhuǎn)子線圈在運(yùn)作的時(shí)候會產(chǎn)生一個(gè)反向的電磁場，因此為了保持轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，必須讓換向器周期性反轉(zhuǎn)電流，那既然這樣，為什么不用發(fā)電機(jī)直接提供能規(guī)律變化的電流呢？沒錯(cuò)，這個(gè)解決方案正是交流電。

尋求幫助

盡管特斯拉已經(jīng)擁有了一個(gè)比較成熟的想法，但事實(shí)證明，不論在什么時(shí)候，沒錢，什么研究也進(jìn)行不下去。于是為了尋找資方，1884年，特斯拉拿著他的交流電方案去往當(dāng)時(shí)如日中天的愛迪生公司，希望愛迪生能幫助他完成交流感應(yīng)發(fā)電機(jī)。

結(jié)果特斯拉并未見過愛迪生幾次，他到愛迪生公司也只是當(dāng)了一名高級技工，參與了電力照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，并未有太多的機(jī)會宣揚(yáng)自己的交流電系統(tǒng)。不過在愛迪生公司工作時(shí)，特斯拉學(xué)到了很多當(dāng)時(shí)直流發(fā)電機(jī)和電動機(jī)機(jī)器設(shè)計(jì)的知識，比如確保特定的電流輸出，規(guī)定線圈的長度、直徑，導(dǎo)線規(guī)格和匝數(shù)等。而這些知識當(dāng)時(shí)并未普及，并且當(dāng)時(shí)的電機(jī)設(shè)計(jì)也是在不斷試錯(cuò)中進(jìn)行的。正是有了這些知識積累，特斯拉才能將他的交流電想法落地成為真正的機(jī)器。

1886年底，從愛迪生的公司離開后，特斯拉一邊繼續(xù)鉆研他的交流電系統(tǒng)，一邊通過挖掘溝渠時(shí)認(rèn)識的工頭認(rèn)識了西聯(lián)匯款主管阿爾弗雷德·S·布朗和律師查爾斯·弗萊徹·派克，他們兩人在促進(jìn)發(fā)明專利變現(xiàn)及設(shè)立公司等方面經(jīng)驗(yàn)豐富?；谔厮估陔姎庠O(shè)備上的新想法，他們同意在財(cái)政上支持特斯拉的發(fā)明并共同創(chuàng)立了特斯拉電氣公司，其中產(chǎn)生的專利利潤1/3歸特斯拉，1/3歸布朗和派克，1/3用于后續(xù)研究。

創(chuàng)立公司不到兩個(gè)月的時(shí)間，特斯拉就開發(fā)出了一種以交流電運(yùn)行的無刷感應(yīng)電機(jī)，因其在長距離、高壓傳輸?shù)确矫娴膬?yōu)勢得以在歐美迅速推廣。

1888年5月，布朗和派克為新電機(jī)申請了專利并同步安排特斯拉發(fā)表專利報(bào)告。不久后，特斯拉在美國電氣工程學(xué)會上作了一篇經(jīng)典報(bào)告，題目為《交流電動機(jī)與變壓器的新系統(tǒng)》。這場報(bào)告可謂“說者有心，聽者也有意”，當(dāng)特斯拉在臺上宣揚(yáng)他的交流電系統(tǒng)時(shí)，臺下一位來自西屋電氣制造公司（以下簡稱西屋公司）的工程師敏銳地意識到這項(xiàng)發(fā)明正是當(dāng)前公司缺少的產(chǎn)品，于是立馬向西屋公司創(chuàng)始人喬治·威斯汀豪斯進(jìn)行匯報(bào)。

威斯汀豪斯也不含糊，第二天就來到特斯拉實(shí)驗(yàn)室，了解了利用多相系統(tǒng)遠(yuǎn)程傳輸交流電的構(gòu)想，確認(rèn)了這正是自己所想要的。兩個(gè)月后，特斯拉電氣公司與西屋公司簽訂了一項(xiàng)專利授權(quán)協(xié)議，價(jià)格為25000美元現(xiàn)金加50000美元的期票，以及每匹電2.5美元的專利使用費(fèi)（1匹=0.7千瓦時(shí)）。此外，西屋公司還以每月2000美元聘請了特斯拉作西屋公司一年的技術(shù)顧問。

幾個(gè)月后，特斯拉來到匹茲堡工作，并建立了第一個(gè)交流電網(wǎng)。

危機(jī)與勝利

正當(dāng)特斯拉向人生高峰邁進(jìn)時(shí)，他的老東家愛迪生卻并不好受，因?yàn)椴捎媒涣麟姷幕」鉄魶_擊了原本使用直流電的白熾燈市場。于是在19世紀(jì)80年代末，愛迪生公司聲稱西屋公司設(shè)計(jì)使用的交流電系統(tǒng)非常危險(xiǎn)，其設(shè)計(jì)也不如直流電，甚至侵犯了其背后的專利，不斷拋出詆毀交流電的材料，開啟了“電流大戰(zhàn)”。

此后，愛迪生開始在各種公開場合中宣揚(yáng)交流電不安全，并將記者召集在一起，采用大電流進(jìn)行動物實(shí)驗(yàn)，無一例外，沒有動物可以承受住如此“酷刑”。

面對鋪天蓋地的負(fù)面報(bào)道，特斯拉卻感到了厭煩，他一頭扎進(jìn)了實(shí)驗(yàn)室，完全沉浸在自己的新奇研究之中。然而威斯汀豪斯頂住了壓力，通過大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和事實(shí)進(jìn)行反擊，證明交流電是安全的。

事情的轉(zhuǎn)機(jī)出現(xiàn)在1893年的哥倫比亞世界博覽會，這次博覽會想要辦成一個(gè)“未來的世界”，也就是由電燈照亮的“不夜城”。西屋公司在展覽中展示了大量電氣新產(chǎn)品，并取得了博覽會整體電燈的投標(biāo)，給人們留下了深刻的印 象。

自此，交流電逐漸取代直流電，成為主流供電。但對于特斯拉而言，這只是傳奇的開始，正如他在自傳中寫的：“我頭腦中有一些東西，也可能是興高采烈的年輕人所常有的幻象。不過如果我有幸得以實(shí)現(xiàn)其中一些理念的話，這個(gè)成就將屬于全人類?！?/p>

參考資料

[1]史迪夫·勞.我是未來：尼古拉·特斯拉傳[M].杭州：浙江人民出版社，2018.

[2] 伯納德·卡爾森.特斯拉：電氣時(shí)代的開創(chuàng)者[M]. 王國良，譯.北京：人民郵電出版社，2016.

尼古拉·特斯拉

尼古拉·特斯拉（1856—1943），美籍塞爾維亞族杰出發(fā)明家、物理學(xué)家、機(jī)械工程師和電機(jī)工程師。他一生的發(fā)明不勝枚舉，獲得近1000項(xiàng)專利，其中最廣為人知的莫過于他設(shè)計(jì)的現(xiàn)代交流電供電系統(tǒng)，因此他被譽(yù)為“交流電之父” “無線電之父”。