?“電流大戰(zhàn)”引是在兩位19世紀(jì)和20世紀(jì)的天才而多產(chǎn)的發(fā)明家之間展開的:愛迪生具有驚人的創(chuàng)造性和工業(yè)策劃能力,但是卻缺乏數(shù)學(xué)知識和復(fù)雜的理論洞察力。相反,特斯拉和其同時代的人相比是一個前衛(wèi)式的人物,他不像愛迪生那樣,僅僅因為個人愿望而去做很多事情,而是在設(shè)計任何設(shè)備之前都從理論的角度去分析問題,直到得出絕對有把握的結(jié)果,才會付諸實踐。
正處于19世紀(jì)下半葉,幾乎所有人都認(rèn)為在實踐中是不可能使用交流電的。因為直流電始終朝著相同的方向流動,而交流電則反復(fù)使電流的大小和方向發(fā)生變化。最早的電動機使用的都是直流電。那些試圖讓交流電動機運轉(zhuǎn)起來的人發(fā)現(xiàn),這種電動機產(chǎn)生的磁場并不能使電動機正常運行。事實上,當(dāng)電流改變方向的時候,磁場隨后也改變了強度和方向,因此,電動機自然就不可避免地停止轉(zhuǎn)動。
轉(zhuǎn)機
事情發(fā)生轉(zhuǎn)機是在1882年,特斯拉在經(jīng)過嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臄?shù)學(xué)分析之后,擬訂了一個新的實驗方案,他利用兩個異相交流電換相器,以保證有充分而強大的電流使發(fā)動機運轉(zhuǎn)。根據(jù)這位塞爾維亞科學(xué)家設(shè)計的方案,在電動機固定部分中的線圈里,對流動電流的一個適當(dāng)聯(lián)結(jié)(定子)能夠產(chǎn)生一個強度不變的磁場,這個磁場在轉(zhuǎn)動的同時,會使電動機的活動部件也跟著它一起轉(zhuǎn)動(轉(zhuǎn)子)。實際上,磁場會在轉(zhuǎn)子的線圈里產(chǎn)生一個流動的感應(yīng)電流,而感應(yīng)電流能夠引發(fā)一個加快線圈自身轉(zhuǎn)動的力,而且這都不需要任何電線去連接運動中的各個部分。1883年,特斯拉制造出了第一個小型交流電動機。但他很需要有財政上的支持。
和特斯拉第一次見面時,愛迪生正在投入大量的資金去研發(fā)直流電設(shè)備。1879年,愛迪生發(fā)明了白熾燈。這種燈在現(xiàn)實生活中的迅速普及使愛迪生本人也成為了一名成功的大企業(yè)家和世界知名的發(fā)明家,但是他當(dāng)時也面臨著不少的問題:一個住宅區(qū)里的照明燈如果和發(fā)電站的距離超過1公里。就無法得到足夠的電流發(fā)出強光,這是因為直流電無法在遠(yuǎn)距離的情況下傳輸能量。為了使照明系統(tǒng)能夠正常運行,只好在每隔1公里的地方建造1座發(fā)電站,要不然就要增加發(fā)電機的功效,或者將若干個發(fā)電機連接在一起,以便產(chǎn)生更多的電流。
愛迪生交給特斯拉的工作任務(wù)就是完善這些直流電系統(tǒng)的性能。不過特斯拉始終堅信能夠說服愛迪生去接受在許多方面明顯占優(yōu)勢的交流電。愛迪生很清楚特斯拉在技術(shù)方面的能力,他還拿出5萬美元讓特斯拉去改進(jìn)發(fā)電站中的發(fā)電機。特斯拉研究制訂出了20多個新直流電發(fā)電機的計劃,這些發(fā)電機具有調(diào)節(jié)簡單并能產(chǎn)出強大電流的特點。愛迪生對這些新型發(fā)電機進(jìn)行了多次實驗。取得了很好的效果,并為這些發(fā)電機申請注冊了專利權(quán),用它們代替了那些老式機器。然而當(dāng)特斯拉向愛迪生索取自己應(yīng)得的那部分報酬時,愛迪生卻說:‘特斯拉,您并不懂得美國式的幽默?!@件事對于這位塞爾維亞年輕人的打擊很大,他的美夢被再次被打破了。
西屋公司
1888年,一位希望能向愛迪生發(fā)起挑戰(zhàn)的美國發(fā)明家和企業(yè)家喬治.威斯汀豪斯將賭注押在了交流電上,他邀請?zhí)厮估剿墓救スぷ鳌F鋵?,早?883年,威斯汀豪斯就對交流電產(chǎn)生了極大的興趣。當(dāng)時。法國人呂西安.戈拉爾和英國人約翰.吉布斯在倫敦的一個博覽會上向人們展示了一款能夠進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸?shù)慕涣麟娫O(shè)備。這個設(shè)備運用了‘二次發(fā)電機‘(一種已經(jīng)注冊了專利權(quán)的特殊變壓器)。就是利用戈拉爾.吉布斯的變壓器和由恩斯特.沃納.馮.西門子校準(zhǔn)的發(fā)電機,1886年3月,西屋公司在美國馬薩諸塞州的大巴靈頓小鎮(zhèn)中首次使用了交流電照明設(shè)備。
然而。為了能夠真正和愛迪生進(jìn)行較量,西屋公司必然要考慮給工業(yè)企業(yè)提供交流電動機。當(dāng)時工業(yè)用電動機用的都是直流電,這種電動機存在著明顯的不足,例如功率不足等等。于是,特斯拉開始為西屋公司設(shè)計大型的、高功率和高頻率的交流電電動機,彌補了老式發(fā)電機功率不足的缺陷。
1888年3月,意大利物理學(xué)家伽利略.費拉利斯向都靈科學(xué)院展示了他的交流電‘異步電動機‘(該機器是在1885年設(shè)計完成的)。它的原理是建立在一個轉(zhuǎn)動的磁場上,和特斯拉5年前的設(shè)計理念很相似,只是技術(shù)更加完善。功率更大。與此同時,圍繞著交流電動機的‘斗爭‘也日趨激烈:特斯拉要求擁有其發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)動磁場的優(yōu)先權(quán)。并且針對費拉利斯制造的交流電動機。經(jīng)過一系列冗長的、令人厭煩的訴訟過程,法庭最后判定:轉(zhuǎn)動磁場的原始發(fā)現(xiàn)人屬于意大利科學(xué)家費拉利斯。然而令人遺憾的是。費拉利斯并沒有將異步電動機的巨大潛力運用到日常生活中去。
共振現(xiàn)象
特斯拉始終堅持著自己的研究工作。1890年,他發(fā)現(xiàn)了共振現(xiàn)象,即在特定的環(huán)境下,一個機械系統(tǒng)振動的振幅,不論是聲學(xué)的還是電力的,都會有一個相當(dāng)高的振幅。最值得一提的是,這位塞爾維亞科學(xué)家利用共振原理制造出了一個變壓器--‘特斯拉線圈‘,它能夠承受極高的電壓,從幾百到幾千伏不等。到19世紀(jì)末期,經(jīng)過數(shù)月的實驗之后,威斯汀豪斯和特斯拉獲得了極大的成功,他們終于可以將已經(jīng)成熟的產(chǎn)品推向市場。世界上第一座火力發(fā)電站獲悉特斯拉取得的成功以后,愛迪生意識到了自己將要面對的競爭對手是何等強大,他開始了一場針對交流電的中傷詆毀運動。為了向人們展示這種新型系統(tǒng)假定的危險性,愛迪生在眾多記者面前用高壓交流電做了一系列可怕的實驗:將一塊白鐵皮板和一臺可達(dá)1000伏電壓的交流電發(fā)電機相聯(lián),然后再把一只小貓或是小狗放在鐵板上,小貓或小狗會瞬間死亡。這樣,人們就可以親眼目睹特斯拉和estinghouse公司的交流電的致命效果了(電椅就是在這樣的‘啟發(fā)‘下發(fā)明的)。同時,作為對愛迪生宣傳攻勢的反擊,特斯拉也在舞臺上進(jìn)行了很多真正的‘電魔術(shù)‘表演。除了使人們?yōu)橹@嘆,特斯拉的另一個目的就是向世人傳播的交流電理念:當(dāng)不被用在故意犯罪的目的時,交流電是非常安全的。
當(dāng)這場‘電流大戰(zhàn)‘愈演愈烈之時,芝加哥正在籌備一個世界博覽會,主辦者希望尋找到一套可以照亮整個會場的照明設(shè)備。于是,威斯汀豪斯開出了一份極具誘惑力的合同,他試圖以超低價格來從愛迪生手中搶到這筆生意。1893年1月,博覽會開幕了,9萬多盞由特斯拉的交流電點的電燈照亮了整個會場。這是一次偉大的成功,同時也是大獲全勝之前的一個前奏。
不久后,在尼亞加拉大瀑布將要建造世界上第一座水力發(fā)電站,交流電系統(tǒng)由于其經(jīng)濟(jì)實惠和便于制造而被選中了。威斯汀豪斯將設(shè)計制造任務(wù)交給了蘇格蘭工程師喬治.福布斯。后者制造出的一套設(shè)備使用了3個特斯拉的交流發(fā)電機,每臺的功率為110千瓦。1895年,發(fā)電站建成了,它可以將電流傳輸?shù)骄喟l(fā)電站35公里外的布法羅市。
后記
這一事件宣告交流電徹底戰(zhàn)勝了直流電,而愛迪生的直流電則瞬間就成了一種過時的技術(shù)。從那時起,交流電便成為了工業(yè)、商業(yè)和民用電的惟一選擇。(未完待續(xù))
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