當你輕輕撥動開關,房間裡的燈光照亮時,你可能沒有想過這背後的原理,也沒有想過是誰讓這一切成為可能。
如果你被迫承認這背後的天才,你可能會想到托馬斯·阿爾瓦·愛迪生,他發明了白熾燈泡。
但同樣具有影響力的,甚至可能更具影響力的,是一位名叫尼古拉·特斯拉的天才。
《特斯拉》
特斯拉於1884年來到美國,當時他28歲。
到1887年,他已經申請了一系列專利,描述了使用交流電《AC》發電所需的一切。
要理解這些發明的重要性,你必須了解19世紀末電力發電領域的狀況。
當時,這是一場電流之戰,特斯拉和愛迪生分別扮演著對立的將軍角色。
在19世紀80年代,愛迪生推出了他的電燈,很快就在紐約市的第一區安裝了他的新型電力系統。
盡管愛迪生的早期安裝要求地下佈線,但需求如此之大,以至於城市的部分地區用木橫梁懸掛的裸露電線供電。
到了1885年,避免電氣危險已經成為城市生活的日常部分。
愛迪生的系統使用直流電《DC》,直流電總是沿著一個方向流動,由直流發電機產生。
愛迪生是直流電的堅定支持者,但它存在局限性。
最大的問題是,直流電難以在長距離內經濟地傳輸。
愛迪生知道交流電沒有這個限制,但他認為交流電不是商業電力系統的可行解決方案。
《愛迪生》
特斯拉在奧地利格拉茨的約阿內姆理工學院學習時,就對一個問題產生了濃厚興趣。
在那裡,特斯拉看到了一個格拉姆發電機的演示。
發電機是一種使用換向器《安裝在機器軸上的接觸器》產生直流電而非交流電的發電機。
特斯拉向導師提出,也許可以取消換向器,因為在發電機運行時,換向器會產生恐怖的火花。
這個建議遭到了老師的嘲笑,但激發了特斯拉的想象力。
1881年,特斯拉有了一個靈感:如果在發電機的定子中改變磁場,而不是改變轉子的磁極呢?這是一個顛覆性的概念,它顛覆了傳統觀念。
在傳統的發電機中,靜止的定子提供恒定的磁場,而一組旋轉的繞組《轉子》在該場內旋轉。
特斯拉認為,如果這種排列顛倒過來,換向器就可以消除。
特斯拉在1882年開始在巴黎的大陸愛迪生公司工作。
白天,他會安裝基於愛迪生直流電力系統的白熾照明系統。
業餘時間,他會嘗試交流電馬達設計。
這種情況持續了兩年,直到特斯拉轉到紐約市的愛迪生機器制造廠。
據某些說法,特斯拉向這位著名的美國發明家描述了他關於交流電的想法,但愛迪生並不感興趣。
相反,他讓特斯拉改進現有的直流發電廠。
特斯拉這樣做了,但當愛迪生沒有按照約定支付他的報酬時,特斯拉感到失望。
特斯拉辭職了,兩人的道路從此分道揚鑣。
在挖溝和陷入糟糕的生意後,特斯拉終於得到了律師查爾斯·佩克和西聯公司的總監阿爾弗雷德·S·佈朗的財政支持。
佩克和佈朗幫助特斯拉在曼哈頓離愛迪生實驗室僅幾個街區的地方建立了一個實驗室,並鼓勵這位年輕的工程師完善他的交流電馬達。
特斯拉做到了這一點,建造了一個被稱為多相感應電動機的設備。
多相是指基於多個交流電的電動機,而不僅僅是一個。
感應是指旋轉的定子磁鐵在轉子中誘導電流流動的過程。
特斯拉的原始電動機是一個兩相版本,定子上有兩對磁鐵,每對磁鐵對應一個交流電相。
1887年,特斯拉申請了七項美國專利,描述了一套完整的交流電系統,包括他的感應電動機、發電機、變壓器、輸電線和照明。
幾個月後,特斯拉向美國電氣工程師協會發表了關於他的革命性新系統的演講。
這次演講引起了轟動,盡管愛迪生發起了反交流電運動,但許多專家相信交流電系統不僅是可行的,而且遠比直流電優越。
要將一個好主意推向市場,需要一些影響力。
在這種情況下,影響力來自一位在鐵路行業發家致富的發明家。
喬治·威斯汀豪斯,他的電力公司正在努力研究成功的交流電系統。
當佩克和佈朗與威斯汀豪斯商談將特斯拉的發明商業化時,這位負責鐵路空氣制動器的企業家提出了一個慷慨的報價。
他同意支付25,000美元現金,以及50,000美元的票據和每馬力電力的小額版稅。
威斯汀豪斯將特斯拉的發明帶回了賓夕法尼亞州的匹茲堡,他希望利用這項技術為城市的有軌電車供電。
特斯拉跟隨著,作為威斯汀豪斯電氣公司的員工,為實施提供咨詢。
項目進行得並不順利,特斯拉經常與威斯汀豪斯的工程師發生爭執。
然而,最終,所有人都共同努力,找到了正確的配方:一個基於三相、60周波交流電的系統。
如今,美國和加拿大的幾乎所有電力公司都提供60周波電流,這意味著交流電在一秒鐘內完成60次方向變化。
這被稱為系統的頻率。
到了19世紀90年代初,愛迪生和直流電的支持者們感到了真正的威脅。
他們繼續聲稱交流電是危險的,並指出1890年一次災難性的觸電事故作為證據。
但在1893年,威斯汀豪斯贏得了芝加哥世界博覽會的照明投標,這給他們帶來了沉重的打擊。
他的競爭對手是通用電氣《GE》,這家公司是由愛迪生通用電氣和湯姆森-休斯頓合並而成的。
GE是支持直流電的主要力量。
威斯汀豪斯在成本上贏得了投標,但當格羅弗·克利夫蘭總統開關點亮博覽會場地上的10萬盞白熾燈時,幾乎沒有人懷疑交流電的優越性。
1895年,威斯汀豪斯在尼亞加拉瀑佈設計了一座水力發電廠,該廠結合了交流電的所有進步。
起初,這個發電廠隻為紐約州的佈法羅市供電。
但不久之後,電力就被輸送到了紐約市,幫助鞏固了百老匯作為公眾心目中的大白之路。
此時,特斯拉已經從電廠和交流電實際應用的日常細節中抽身出來。
他回到了紐約市,在那裡他開設了一個新的實驗室,可以探索其他想法、機器和設備。
許多這些發明與發電或電力無關。
但他對電氣工程領域的影響是巨大的。
事實上,可以說特斯拉的交流電馬達和多相交流電系統贏得了電流之戰,因為它們構成了所有現代發電和配電的基礎。
然而,直流電《愛迪生的寶貝》並沒有完全消失。
它仍然在汽車電氣系統、機車和某些類型的電動機中運行。