尼古拉.特斯拉到底有多么伟大？

漂洋过海的鱼 2024-05-23 21:30:05

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最初法拉第发明的发电机是产生直流电的直流发电机，但是我们今天很多时候使用的都是交流电。特斯拉最大的贡献就是推动了交流电的应用与普及。交流电与直流电相比有什么优势呢？我们通过讲述历史上一段耐人寻味的“电流大战”来了解一下吧。在法拉第发现了电磁感应定律：磁场可以产生电流之后，各种用电器就如雨后春笋般的出现了，这里面最重要的一项发明就是电灯泡。有一个人靠改进电灯泡积累了巨额财富，这就是美国发明大王托马斯**生。1878年到1880年，**生与助手一起研制电灯泡，并最终找到了可以点亮一千多个小时的灯丝材料。1881年，在巴黎世博会上，**生展出一台重27吨、可供1200只电灯照明的发电设备，从此名扬世界。1882年，**生在纽约金融街旁边创办了自己的直流电力公司，负责向用户提供灯泡等用电设备以及电力供应，并迅速积累了巨额财富。但是，直流电有一个巨大的缺陷：直流电不能变压。当发电厂产生电能之后，电能需要通过导线传输给用户。在用户用电的时候，导线上也会损耗一部分能量。用户的功率p用等于发电厂发出来的功率p减去导线上损耗的功率p损。发电厂发出来的电功率p等于电压u与电流i的乘积：p=ui，导线上损耗的功率等于电流平方与电阻r的乘积pr=i^2r，所以用户获得的功率是两者之差p用户=ui-i^2r.如何才能降低导线上的功率损耗呢？首先人们想到了减小电阻r。一般而言，铜的电阻较小，所以导线一般使用铜制作，同时，减小导线长度、增加导线截面积也可以降低导线电阻。但是即便是这样，当用户多、电流大的时候，导线上的损耗依然很大。这么大的热功率不仅浪费电能，更重要的是会使导线变热，引起火灾。那么，要进一步降低导线上的能量损耗，就需要减小电流i。但是在功率p一定的情况下，就得使用高电压u。比如，输电功率同样是100瓦特，如果电压是100伏特，电路中的电流就是1安培；如果电路中电压是1000伏特，那么电流就是0.1安培。电流减小了十倍，那么损耗功率就会变为原来的百分之一。不过，发电厂发出的电压也不能特别高，因为这样的话，用户一端的灯泡全都会因为承受不了高压而爆掉。那怎么办？**生的回答是：“那好吧，我们就每隔一英里建一个发电站，这样导线的电阻就小了。”显然，这种方式会使得用电的成本大大提高。有没有办法在输电时候使用高压，到达用户阶段再使用低压呢？比如，现代的电网基本原理就是下面这样：首先，发电厂发出的电压通过一个升压变压器变为高压，通过高压电线输电，到达用户一端时首先通过降压变压器降压，再输送给用户。为了理解这个过程，我们就需要对变压器知识有所了解。变压器也是靠电磁感应工作的。有一个回字形的铁心，铁心左端缠绕着一个导线线圈，称为原线圈，铁心右端也差绕着一个线圈，称为副线圈。当一个变化电流（交流电）从通过原线圈时，由于原线圈电流变化，造成原线圈的磁场也发生变化，这个磁场会通过副线圈，造成副线圈的磁场也发生变化，就好像法拉第实验中的磁铁插入或者拔出线圈一样，副线圈中就会产生电流。而且，根据法拉第电磁感应定律，如果原线圈有n1匝，副线圈有n2匝，原线圈电压u1，副线圈电压u2，那么两个电压之间的关系为：u1：u2=n1:n2通过调整两个线圈的匝数关系，就可以实现升压和降压了。但是变压器要工作，必须使用交流电。因为恒定电流通过原线圈时，由于电流不变，磁场也不变，副线圈中就不会产生电磁感应现象。于是，一些科学家就想到：是否应该使用交流电来代替直流电。说到交流电，就不得不提到尼古拉特斯拉。特斯拉是塞尔维亚裔科学家，年轻时就一直思考着交流电和交流发电机的构想，但是一直没有实现。他觉得世界上有一个人可以帮助他实现梦想，这个人就是**生，于是，他在1884年来到纽约，加入了**生的公司。特斯拉向**生阐述了自己关于交流电的想法，但是并没有获得**生的支持，不过**生还是雇佣了特斯拉，并请特斯拉改进自己公司的直流发电机。**生许诺：直流发电机改好之后，特斯拉将获得五万美元的奖励。当时的五万美元不是个小数字，可以在纽约买一个房子。年轻的特斯拉夜以继日的工作着，每天从早上十点工作到第二天凌晨五点。但是当他工作完成并向**生要报酬的时候，**生只是大笑，并对他说：“特斯拉先生，看来你是不懂美国式的幽默”。特斯拉一怒之下离开了**生的公司，通过干体力活维持自己的生计。一年多以后，在投资人的资助下，特斯拉终于创办了自己的交流电公司，并生产各种基于交流电的发电、变压、和用电设备。西屋电气公司的老板乔治豪斯在看了特斯拉的展示之后，购买了特斯拉的所有专利，并以3.5美元每千瓦时向特斯拉支付版权费。如果这个版权延续到今天，那特斯拉积累的版权费会是一个天文数字，因为现在全世界都在使用交流电，2017年全球发电量24万亿千瓦时，而其中绝大部分都是交流电。由于交流电对直流电的先天优势，以直流电为主业的**生对此十分恼火，并决定通过各种方式诋毁交流电。**生向公众强调：交流电是危险的，必须禁止。他使用交流电公开处决如大象等大型动物，并把处决过程拍摄成电影给公众播放。他甚至通过自己的关系游说国会，将死刑犯的行刑方式从绞刑改为了电椅。1890年，世界上第一例电椅实验在纽约的监狱展开，由于经验不足，火苗从罪犯的脊柱窜出，但是罪犯却还活着。这场交流电和直流电的战斗在1893年芝加哥世博会上进入了白热化。芝加哥世博会是人类历史上第一次使用电灯照明的世博会。此时，**生公司已经改组为通用电气公司，他们的首要任务就是要揽到这个活。他们对**开价大约一百万美元。但是，特斯拉的公司开价只有他们的一半，显然，**生没有拿到这个工程，而特斯拉得到了一个创造历史的机会。1893年5月1日，十万观众涌入世博园区，夜幕降临，克里夫兰**按下按钮，整个世博园区的数万盏灯泡被特斯拉的交流电点亮，人类从未见过如此的情景，对那个时代的人来说，这就是未来。在世博会上，特斯拉为了消除公众对交流电的恐惧，向人们展示了奇妙的实验：他身着礼服，脚穿木鞋，双手接通电路，用身体做导线通过交流电，全身闪着电火花。而且在那之后，他似乎就迷恋上了闪电，他经常在放着闪电的实验室看书，这种让人看着都害怕的东西仿佛是特斯拉的宠物一样温顺。世博会给人们留下了深刻的印象，特斯拉也一度成为当时的风云人物。在特斯拉小的时候有一个梦想，将尼亚加拉水瀑奔腾的水流变为电能。现在就是他实现梦想的时候了。1896年，特斯拉主持建造了尼亚加拉水电站，尼亚加拉瀑布强大的水流推动了巨大的发电机，提供了4000千瓦的电能，通过变压器升压到22000伏特，再通过高压电线输送到360英里之外的纽约，通过降压变压器降压之后给交流电动机、电灯泡和电车等用电设备供电。在特斯拉的带领下，电能真正走进了千家万户。特斯拉发明了特斯拉线圈，促进了交流电的应用，发明了交流电动机，还有其他数百项专利，有一种说法是科学界有两个被严重低估的天才，一个是莱昂纳多达芬奇，另一个就是尼古拉特斯拉。他虽然是一个卓越的科学家和工程师，但是却不是一个成功的商人。他没有从自己发明的交流电中获得太多收益，而且由于他太醉心于无线输电技术——一种不用导线就可以输电的新技术的研究而被资本家们所抛弃。世界没有认识到这位天才的价值，晚年的特斯拉孤独的住在纽约的小旅馆里，被出租车撞了却无钱医治，还是以前的东家——西屋电气公司帮他支付了医药费。在第二次世界大战时，特斯拉曾经向美国**提了两个建议：天气风暴和死光武器。1943年1月8日，**安排特斯拉在白宫会面，但是在前一天夜里，特斯拉在他住的小旅馆去世了。纽约市长在电台中发布了讣告：“昨晚，一位87岁的老人去世了。他去世时一贫如洗，但是却是对这个世界贡献最多的人。如果把他的发明从生活中抽走，工厂车间将停止运转，电车将停止运动，我们的城市将陷入黑暗。特斯拉并没有死，他的生命已经融入了我们的时代。”特斯拉两次和诺贝尔奖失之交臂，第一次是无线电的发明。他最早进行了无线电通讯的演示并获得专利，但是美国专利局去却随后撤销了他的专利转而授予马肯尼，并使得马可尼获得了1909年诺贝尔奖。另一次是1915年，**头版刊文：瑞典**已经决定将本年度的诺贝尔物理学奖颁发给托马斯**生和尼古拉特斯拉。特斯拉也登上了时代周刊的封面。但是，一周之后，诺贝尔奖却授予给了牛津大学的布拉格。传说这是因为特斯拉拒绝与**生分享诺贝尔奖，而这个谜团至今也没有得到解释。为了奖励特斯拉的贡献，美国美国电气工程师协会（现合并为电气电子工程师协会ieee）决定授予特斯拉他们协会的最高奖章——**生奖章。显而易见，特斯拉没有去领奖。 20210311

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