交流電之父：尼古拉.特斯拉傳奇_風聞

作者：李永樂 來源：李永樂老師

最初法拉第發明的發電機是產生直流電的直流發電機，但是我們今天很多時候使用的都是交流電。特斯拉最大的貢獻就是推動了交流電的應用與普及。交流電與直流電相比有什麼優勢呢？我們通過講述歷史上一段耐人尋味的“電流大戰”來了解一下吧。

在法拉第發現了電磁感應定律：磁場可以產生電流之後，各種用電器就如雨後春筍般的出現了，這裏面最重要的一項發明就是電燈泡。有一個人靠改進電燈泡積累了鉅額財富，這就是美國發明大王托馬斯愛迪生。

1878年到1880年，愛迪生與助手一起研製電燈泡，並最終找到了可以點亮一千多個小時的燈絲材料。1881年，在巴黎世博會上，愛迪生展出一台重27噸、可供1200只電燈照明的發電設備，從此名揚世界。1882年，愛迪生在紐約金融街旁邊創辦了自己的直流電力公司，負責向用户提供燈泡等用電設備以及電力供應，並迅速積累了鉅額財富。

但是，直流電有一個巨大的缺陷：直流電不能變壓。

當發電廠產生電能之後，電能需要通過導線傳輸給用户。在用户用電的時候，導線上也會損耗一部分能量。用户的功率P用等於發電廠發出來的功率P減去導線上損耗的功率P損。

發電廠發出來的電功率P等於電壓U與電流I的乘積：P=UI，導線上損耗的功率等於電流平方與電阻r的乘積Pr=I^2r，所以用户獲得的功率是兩者之差P用户=UI-I^2r.

如何才能降低導線上的功率損耗呢？首先人們想到了減小電阻r。一般而言，銅的電阻較小，所以導線一般使用銅製作，同時，減小導線長度、增加導線截面積也可以降低導線電阻。但是即便是這樣，當用户多、電流大的時候，導線上的損耗依然很大。這麼大的熱功率不僅浪費電能，更重要的是會使導線變熱，引起火災。

那麼，要進一步降低導線上的能量損耗，就需要減小電流I。但是在功率P一定的情況下，就得使用高電壓U。比如，輸電功率同樣是100瓦特，如果電壓是100伏特，電路中的電流就是1安培；如果電路中電壓是1000伏特，那麼電流就是0.1安培。電流減小了十倍，那麼損耗功率就會變為原來的百分之一。

不過，發電廠發出的電壓也不能特別高，因為這樣的話，用户一端的燈泡全都會因為承受不了高壓而爆掉。

那怎麼辦？愛迪生的回答是：“那好吧，我們就每隔一英里建一個發電站，這樣導線的電阻就小了。”

顯然，這種方式會使得用電的成本大大提高。有沒有辦法在輸電時候使用高壓，到達用户階段再使用低壓呢？比如，現代的電網基本原理就是下面這樣：

首先，發電廠發出的電壓通過一個升壓變壓器變為高壓，通過高壓電線輸電，到達用户一端時首先通過降壓變壓器降壓，再輸送給用户。

為了理解這個過程，我們就需要對變壓器知識有所瞭解。

變壓器也是靠電磁感應工作的。有一個回字形的鐵心，鐵心左端纏繞着一個導線線圈，稱為原線圈，鐵心右端也差繞着一個線圈，稱為副線圈。當一個變化電流（交流電）從通過原線圈時，由於原線圈電流變化，造成原線圈的磁場也發生變化，這個磁場會通過副線圈，造成副線圈的磁場也發生變化，就好像法拉第實驗中的磁鐵插入或者拔出線圈一樣，副線圈中就會產生電流。而且，根據法拉第電磁感應定律，如果原線圈有N1匝，副線圈有N2匝，原線圈電壓U1，副線圈電壓U2，那麼兩個電壓之間的關係為：

U1：U2=N1:N2

通過調整兩個線圈的匝數關係，就可以實現升壓和降壓了。

但是變壓器要工作，必須使用交流電。因為恆定電流通過原線圈時，由於電流不變，磁場也不變， 副線圈中就不會產生電磁感應現象。於是，一些科學家就想到：是否應該使用交流電來代替直流電。

説到交流電，就不得不提到尼古拉特斯拉。

​特斯拉是塞爾維亞裔科學家，年輕時就一直思考着交流電和交流發電機的構想，但是一直沒有實現。他覺得世界上有一個人可以幫助他實現夢想，這個人就是愛迪生，於是，他在1884年來到紐約，加入了愛迪生的公司。

特斯拉向愛迪生闡述了自己關於交流電的想法，但是並沒有獲得愛迪生的支持，不過愛迪生還是僱傭了特斯拉，並請特斯拉改進自己公司的直流發電機。愛迪生許諾：直流發電機改好之後，特斯拉將獲得五萬美元的獎勵。當時的五萬美元不是個小數字，可以在紐約買一個房子。

年輕的特斯拉夜以繼日的工作者，每天從早上十點工作到第二天凌晨五點。但是當他工作完成並向愛迪生要報酬的時候，愛迪生只是大笑，並對他説：“特斯拉先生，看來你是不懂美國式的幽默”。

特斯拉一怒之下離開了愛迪生的公司，通過幹體力活維持自己的生計。一年多以後，在投資人的資助下，特斯拉終於創辦了自己的交流電公司，並生產各種基於交流電的發電、變壓、和用電設備。西屋電氣公司的老闆喬治豪斯在看了特斯拉的展示之後，購買了特斯拉的所有專利，並以3.5美元每千瓦時向特斯拉支付版權費。如果這個版權延續到今天，那特斯拉積累的版權費會是一個天文數字，因為現在全世界都在使用交流電，2017年全球發電量24萬億千瓦時，而其中絕大部分都是交流電。

由於交流電對直流電的先天優勢，以直流電為主業的愛迪生對此十分惱火，並決定通過各種方式詆譭愛迪生愛迪生向公眾強調：交流電是危險的，必須禁止。他使用交流電公開處決如大象等大型動物，並把處決過程拍攝成電影給公眾播放。他甚至通過自己的關係遊説國會，將死刑犯的行刑方式從絞刑改為了電椅。

1890年，世界上第一例電椅實驗在紐約的監獄展開，由於經驗不足，火苗從罪犯的脊柱竄出，但是罪犯卻還活着。

這場交流電和直流電的戰鬥在1893年芝加哥世博會上進入了白熱化。芝加哥世博會是人類歷史上第一次使用電燈照明的世博會。此時，愛迪生公司已經改組為通用電氣公司， 他們的首要任務就是要攬到這個活。他們對政府開價大約一百萬美元。但是，特斯拉的公司開價只有他們的一半，顯然，愛迪生沒有拿到這個工程，而特斯拉得到了一個創造歷史的機會。

1893年5月1日，十萬觀眾湧入世博園區，夜幕降臨，克里夫蘭總統按下按鈕，整個世博園區的數萬盞燈泡被特斯拉的交流電點亮，人類從未見過如此的情景，對那個時代的人來説，這就是未來。

在世博會上，特斯拉為了消除公眾對交流電的恐懼，向人們展示了 奇妙的實驗：他身着禮服，腳穿木鞋，雙手接通電路，用身體做導線通過交流電，全身閃着電火花。而且在那之後，他似乎就迷戀上了閃電，他經常在放着閃電的實驗室看書，這種讓人看着都害怕的東西彷彿是特斯拉的寵物一樣温順。

世博會給人們留下了深刻的印象，特斯拉也一度成為當時的風雲人物。在特斯拉小的時候有一個夢想，將尼亞加拉水瀑奔騰的水流變為電能。現在就是他實現夢想的時候了。

1896年，特斯拉主持建造了尼亞加拉水電站，尼亞加拉瀑布強大的水流推動了巨大的發電機，提供了4000千瓦的電能，通過變壓器升壓到22000伏特，再通過高壓電線輸送到360英里之外的紐約，通過降壓變壓器降壓之後給交流電動機、電燈泡和電車等用電設備供電。在特斯拉的帶領下，電能真正走進了千家萬户。

特斯拉發明了特斯拉線圈，促進了交流電的應用，發明了交流電動機，還有其他數百項專利，有一種説法是科學界有兩個被嚴重低估的天才，一個是萊昂納多達芬奇，另一個就是尼古拉特斯拉。

他雖然是一個卓越的科學家和工程師，但是卻不是一個成功的商人。他沒有從自己發明的交流電中獲得太多收益，而且由於他太醉心於無線輸電技術——一種不用導線就可以輸電的新技術的研究而被資本家們所拋棄。

世界沒有認識到這位天才的價值，晚年的特斯拉孤獨的住在紐約的小旅館裏，被出租車撞了卻無錢醫治，還是以前的東家——西屋電氣公司幫他支付了醫藥費。

第二次世界大戰時，特斯拉曾經向美國政府提了兩個建議：天氣風暴和死光武器。1943年1月8日，總統安排特斯拉在白宮會面，但是在前一天夜裏，特斯拉在他住的小旅館去世了。紐約市長在電台中發佈了訃告：

“昨晚，一位87歲的老人去世了。他去世時一貧如洗，但是卻是對這個世界貢獻最多的人。如果把他的發明從生活中抽走，工廠車間將停止運轉， 電車將停止運動，我們的城市將陷入黑暗。特斯拉並沒有死，他的生命已經融入了我們的時代。”

特斯拉兩次和諾貝爾獎失之交臂，第一次是無線電的發明。他最早進行了無線電通訊的演示並獲得專利，但是美國專利局去卻隨後撤銷了他的專利轉而授予馬肯尼，並使得馬可尼獲得了1909年諾貝爾獎。1915年，紐約時報頭版刊文：瑞典政府已經決定將本年度的諾貝爾物理學獎頒發給托馬斯愛迪生和尼古拉特斯拉。特斯拉也登上了時代週刊的封面。但是，一週之後，諾貝爾獎卻授予給了牛津大學的布拉格。傳説這是因為特斯拉拒絕與愛迪生分享諾貝爾獎，而這個謎團至今也沒有得到解釋。

為了獎勵特斯拉的貢獻，美國美國電氣工程師協會（現合併為電氣電子工程師協會IEEE）決定授予特斯拉他們協會的最高獎章——愛迪生獎章。

顯而易見，特斯拉沒有去領獎。