尼古拉·特斯拉是如何改变我们使用能源的方式的?| HowStuffWorks

当你按下开关，一盏灯就会照亮整个房间，你可能不会太想它是如何工作的，也不会太想是谁让这一切成为可能。如果你不得不承认这盏灯背后的天才，你可能会提到托马斯·阿尔瓦·爱迪生，白炽灯的发明者电灯泡．但同样有影响力——也许更有影响力——的是一位有远见的人尼古拉·特斯拉．

1884年，28岁的特斯拉来到美国，到1887年，他已经申请了一系列专利，描述了发电所需的一切交流电要理解这些发明的重要性，你必须了解19世纪末电力生产领域是什么样子的。这是一场势均力敌的战争，特斯拉扮演着将军的角色，而爱迪生则扮演着相反的角色。

1885年的电力状况

爱迪生于1880年1月向公众推出了白炽灯。此后不久，他新设计的电力系统被安装在纽约市．1881年，当爱迪生在一次公开演示中按下开关时，电灯亮了起来，并引发了对这项全新技术的前所未有的需求。尽管爱迪生早期的装置需要在地下铺设电线，但需求如此之大，以致于城市的部分地区通过悬挂在木横梁上的裸露电线来供电。到1885年，避免电气危险已经成为城市生活的日常一部分，以至于布鲁克林为其棒球队命名为道奇队(Dodgers)，因为那里的居民通常会躲避来自电力电车轨道的电击[来源:美国公共广播电视公司].

Elihu Thomson在纽约博览会上展示了一个由Thomson/Houston发电机供电的电焊工。

赫尔顿存档/华盖创意

爱迪生的系统直流电，或DC。直流电总是单向流动，由直流发电机产生。爱迪生是DC的坚定支持者，但它也有局限性。最大的问题是，直流电很难经济地远距离传输。爱迪生知道交流电并没有这个限制，但他认为交流电对于商业电力系统来说并不是一个可行的解决方案。汤姆森休斯顿的校长之一、爱迪生的竞争对手埃利胡·汤姆森（Elihu Thomson）则不这么认为。1885年，汤姆森描绘了一个基本的交流系统，该系统依靠高压输电线路将电力输送到远离发电地点的地方。汤姆森的草图还表明需要一种技术来降低使用点的电压。被称为变压器，直到1886年西屋电气公司这样做，这项技术才完全发展为商业用途。

即使随着变压器的发展和交流电力系统的几次成功试验，也有一个重要的缺失环节。那是交流电动机。在下一页，我们将了解特斯拉是如何建立这种联系的。

特斯拉的天才火花

当爱迪生努力将他的电灯商业化时，特斯拉解决了一个问题，这个问题从他还是奥地利格拉茨Joanneum Polytechnic学校的学生时就引起了他的兴趣。特斯拉在那里上学时，看到了一个克拉姆的演示发电机．发电机是一种使用换向器--安装在机器轴上的触点——产生直流电而不是交流电。特斯拉向他的教练提到，有可能去掉换向器，因为换向器在发电机运行时会产生可怕的火花。这一建议引起了老师的嘲笑，但却抓住了特斯拉的想象力。

1881年，特斯拉有了一个启发性的想法：如果一个人要改变世界呢磁场而不是改变转子的磁极?这是一个颠覆传统的革命性概念。在传统的发电机中，静止的定子提供恒定的磁场，而一组旋转的绕组——转子——在磁场中转动。特斯拉发现，如果这种排列颠倒过来，换向器就可以消除。

当然，将这个想法变成现实需要多年的工作。特斯拉创立于1882年，当时他在巴黎的大陆爱迪生公司工作。白天，他会安装基于爱迪生的直流电力系统的白炽灯照明系统。在业余时间，他会尝试交流电机的设计。这种情况持续了两年，直到特斯拉被转移到纽约市的爱迪生机器工厂。据说，特斯拉向这位著名的美国发明家描述了他对交流电的想法，但爱迪生没有表现出兴趣。相反，他让特斯拉对现有的直流电发电厂进行了改进。特斯拉照做了，只是因为爱迪生没有付给他合适的报酬而感到失望。特斯拉辞职了，两人的道路从此分道扬镳。

在挖掘沟渠并陷入一桩糟糕的交易后，特斯拉最终得到了律师查尔斯·佩克和西联警司阿尔弗雷德·S·布朗的财政支持。佩克和布朗帮助特斯拉在离爱迪生位于曼哈顿的实验室仅几个街区的地方建立了一个实验室，并鼓励这位年轻的工程师完善他的交流电机。特斯拉就是这么做的，建造了一座被称为多相感应电动机. 术语多相是指基于多个交流电的电机，而不仅仅是一个。术语感应是指旋转定子磁铁在转子中感应电流的过程。特斯拉最初的电机是一个两相版本，其特点是定子带有两对定子磁铁，交流两相各一对。

1887年，特斯拉申请了七项美国专利，描述了基于其感应电机的完整交流系统，包括发电机、变压器、输电线路和照明。几个月后，特斯拉向美国电气工程师学会（American Institute of Electric Engineers）发表了一篇关于其革命性新系统的演讲。这场演讲引起了轰动，尽管爱迪生发起了一场反交流运动，但还是让许多专家相信交流电源系统不仅仅是可行的——它远远优于直流电源。

要把一个好点子推向市场，需要一些影响力。在这种情况下，影响力来自于一位在铁路行业发了财的发明家。关于他对特斯拉工作的支持，请参阅下一页。

交流/直流

乔治·威斯汀豪斯(George Westinghouse)的电力公司正在努力研究成功交流电力系统的细节，他听说了特斯拉1888年的演讲，立刻就被吸引住了。当派克和布朗与西屋电气公司接洽，商讨将特斯拉的发明商业化时，这位负责铁路的企业家气闸提出了一个慷慨的提议。他同意支付25000美元的现金，以及50000美元的纸币和少量的版税马力由电动机产生的电。

西屋电气将特斯拉的发明带回了宾夕法尼亚州的匹兹堡。他希望利用这项技术为该市的有轨电车提供动力。特斯拉紧随其后，作为西屋电气公司的一名员工，咨询了实施方案。该项目进展并不顺利，特斯拉经常与西屋电气的工程师发生冲突。然而，最终，大家齐心协力，想出了一个正确的公式:一个基于60周三相电流的交流系统。如今，美国和加拿大几乎所有的电力公司都提供60周的电流，这意味着交流电在一秒钟内完成60次方向变换。这被称为系统的频率。

到19世纪90年代初，爱迪生和华盛顿特区的支持者感到真正的威胁。他们继续声称交流是危险的，并指出1890年一次灾难性的电击企图作为证据。但他们在1893年遭受了沉重打击，当时西屋电气赢得了照亮芝加哥世界博览会的投标。他的竞争对手是通用电气（GE），该公司由爱迪生通用电气和汤姆森休斯顿合并而成。通用电气是直流电源的主要火炬手。西屋电气公司以成本取胜，但当格罗弗·克利夫兰总统拨动开关，在整个会场点亮100000盏白炽灯时，很少有人怀疑交流电源的优越性。

西屋电气公司在1895年通过在尼亚加拉瀑布最初，这家工厂只向纽约州的布法罗供电。但没过多久，电力就被输送到纽约市，这使得百老汇在公众心目中的地位更加巩固。

到那时，特斯拉已经从发电厂的日常细节和空调的实际实施中退出。他搬回了纽约，在那里他开了一个新的实验室，在那里他可以探索其他的想法、机器和设备。这些发明中有许多与发电或电力无关。但他对电气工程领域的影响是巨大的。事实上，可以说特斯拉的交流电机和多相交流系统赢得了电流之战，因为它们构成了现代所有发电和配电的基础。然而，直流电——爱迪生的产物——并没有完全消失。它仍在操作汽车电气系统、机车和某些类型的电动机。

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