特斯拉和愛(ài)迪生誰(shuí)更厲害？

最初法拉第發(fā)明的發(fā)電機(jī)是產(chǎn)生直流電的直流發(fā)電機(jī)，但是我們今天很多時(shí)候使用的都是交流電。交流電與直流電相比有什么優(yōu)勢(shì)呢？我們通過(guò)講述歷史上一段耐人尋味的“電流大戰(zhàn)”來(lái)了解一下吧。

一.發(fā)明大王愛(ài)迪生

和他的直流發(fā)電機(jī)

在法拉第發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)定律：磁場(chǎng)可以產(chǎn)生電流之后，各種用電器就如雨后春筍般出現(xiàn)了，這里面最重要的一項(xiàng)發(fā)明就是電燈泡。有一個(gè)人靠改進(jìn)電燈泡積累了巨額財(cái)富，這就是美國(guó)發(fā)明大王托馬斯·愛(ài)迪生。

1878年到1880年，愛(ài)迪生與助手一起研制電燈泡，并最終找到了可以點(diǎn)亮一千多個(gè)小時(shí)的燈絲材料。1881年，在巴黎世博會(huì)上，愛(ài)迪生展出一臺(tái)重27噸、可供1200只電燈照明的發(fā)電設(shè)備，從此名揚(yáng)世界。1882年，愛(ài)迪生在紐約金融街旁邊創(chuàng)辦了自己的直流電力公司，負(fù)責(zé)向用戶提供燈泡等用電設(shè)備以及電力供應(yīng)，并迅速積累了巨額財(cái)富。

但是，直流電有一個(gè)巨大的缺陷：直流電不能變壓。

當(dāng)發(fā)電廠產(chǎn)生電能之后，電能需要通過(guò)導(dǎo)線傳輸給用戶。在用戶用電的時(shí)候，導(dǎo)線上也會(huì)損耗一部分能量。用戶的功率P用等于發(fā)電廠發(fā)出來(lái)的功率P減去導(dǎo)線上損耗的功率P損。

發(fā)電廠發(fā)出來(lái)的電功率P等于電壓U與電流I的乘積：P=UI，電壓越大電流越大，傳輸?shù)墓β试酱?。?dǎo)線上損耗的功率等于電流平方與電阻r的乘積PR=I2R，電流越大，導(dǎo)線電阻越大，損耗的功率就越大。用戶獲得的功率是兩者之差P用戶=UI-I2R。

如何才能降低導(dǎo)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(dǎo)線一般使用銅制作，同時(shí)，減小導(dǎo)線長(zhǎng)度、增加導(dǎo)線截面積也可以降低導(dǎo)線電阻。但是即便是這樣，當(dāng)用戶多、電流大的時(shí)候，導(dǎo)線上的損耗依然很大。這么大的熱功率不僅浪費(fèi)電能，更重要的是，會(huì)使導(dǎo)線變熱，引起火災(zāi)。

那么，要進(jìn)一步降低導(dǎo)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，減小電流就必須提高電壓U。比如，輸電功率同樣是100W，如果電壓是100V，電路中的電流就是1A；如果電路中電壓是1000V，那么電流就是0.1A。電流減小了10倍，那么損耗功率就會(huì)變?yōu)樵瓉?lái)的百分之一。

不過(guò)，發(fā)電廠發(fā)出的電壓也不能特別高，因?yàn)檫@樣的話，用戶一端的燈泡全都會(huì)因?yàn)槌惺懿涣烁邏憾簟?/p>

那怎么辦？愛(ài)迪生的回答是：“那好吧，我們就每隔一英里建一個(gè)發(fā)電站，這樣導(dǎo)線的電阻就小了?！?/p>

顯然，這種方式會(huì)使得用電的成本大大提高。

二.變壓器

和高壓輸電

有沒(méi)有辦法在輸電時(shí)候使用高壓，到達(dá)用戶階段再使用低壓呢？比如，現(xiàn)代的電網(wǎng)基本原理就是下面這樣：

首先，發(fā)電廠發(fā)出的電壓通過(guò)一個(gè)升壓變壓器變?yōu)楦邏?，通過(guò)高壓電線輸電，到達(dá)用戶一端時(shí)首先通過(guò)降壓變壓器降壓，再輸送給用戶。

為了理解這個(gè)過(guò)程，我們就需要對(duì)變壓器知識(shí)有所了解。

變壓器也是靠電磁感應(yīng)工作的。有一個(gè)回字形的鐵心，鐵心左端纏繞著一個(gè)導(dǎo)線線圈，稱為“原線圈”，鐵心右端也差繞著一個(gè)線圈，稱為“副線圈”。當(dāng)一個(gè)變化電流（交流電）從通過(guò)原線圈時(shí)，由于原線圈電流發(fā)生了變化，造成原線圈的磁場(chǎng)也發(fā)生變化，這個(gè)磁場(chǎng)會(huì)通過(guò)副線圈，造成副線圈的磁場(chǎng)也發(fā)生變化，就好像法拉第實(shí)驗(yàn)中的磁鐵插入或者拔出線圈一樣，副線圈中就會(huì)產(chǎn)生電流。而且，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)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，那么兩個(gè)電壓之間的關(guān)系為：

U1：U2=N1:N2

通過(guò)調(diào)整兩個(gè)線圈的匝數(shù)關(guān)系，就可以實(shí)現(xiàn)升壓和降壓了。

但是變壓器要工作，必須使用交流電。因?yàn)楹愣娏魍ㄟ^(guò)原線圈時(shí)，由于電流不變，磁場(chǎng)也不變，副線圈中就不會(huì)產(chǎn)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象。于是，一些科學(xué)家就想到：是否應(yīng)該使用交流電來(lái)代替直流電。

三.交流電之父：

尼古拉·特斯拉

說(shuō)到交流電，就不得不提到尼古拉·特斯拉。

特斯拉是塞爾維亞的科學(xué)家，年輕時(shí)就一直思考著交流電和交流發(fā)電機(jī)的構(gòu)想，但是一直沒(méi)有實(shí)現(xiàn)。他覺(jué)得世界上有一個(gè)人可以幫助他實(shí)現(xiàn)夢(mèng)想，這個(gè)人就是愛(ài)迪生，于是，他在1884年來(lái)到紐約，加入了愛(ài)迪生的公司。

特斯拉向愛(ài)迪生闡述了自己的想法，但是并沒(méi)有獲得愛(ài)迪生的支持，不過(guò)愛(ài)迪生還是雇傭了特斯拉，并請(qǐng)?zhí)厮估倪M(jìn)自己公司的直流發(fā)電機(jī)。愛(ài)迪生許諾：直流發(fā)電機(jī)改好之后，特斯拉將獲得五萬(wàn)美元的獎(jiǎng)勵(lì)。當(dāng)時(shí)的五萬(wàn)美元不是個(gè)小數(shù)字，可以在紐約買(mǎi)一所房子。

年輕的特斯拉夜以繼日的工作著，每天從早上10點(diǎn)工作到第二天凌晨5點(diǎn)。但是當(dāng)他工作完成，并向愛(ài)迪生要報(bào)酬的時(shí)候，愛(ài)迪生只是大笑，并對(duì)他說(shuō)：“特斯拉先生，看來(lái)你是不懂美國(guó)式的幽默”。

特斯拉一怒之下離開(kāi)了愛(ài)迪生的公司，通過(guò)干體力活維持自己的生計(jì)。一年多以后，在投資人的資助下，特斯拉終于創(chuàng)辦了自己的交流電力公司，并生產(chǎn)各種基于交流電的發(fā)電、變壓、和用電設(shè)備。西屋電氣公司的老板喬治·豪斯在看了特斯拉的展示之后，購(gòu)買(mǎi)了特斯拉的所有專利，并以3.5美元每千瓦時(shí)向特斯拉支付版權(quán)費(fèi)。如果這個(gè)版權(quán)延續(xù)到今天，那特斯拉積累的版權(quán)費(fèi)會(huì)是一個(gè)天文數(shù)字，因?yàn)楝F(xiàn)在全世界都在使用交流電，2017年全球發(fā)電量24萬(wàn)億千瓦時(shí)，而其中大部分都是交流電。

四.

電流大戰(zhàn)

由于交流電對(duì)比直流電的先天優(yōu)勢(shì)，以直流電為主業(yè)的愛(ài)迪生對(duì)此十分惱火，并決定通過(guò)各種方式詆毀交流電。愛(ài)迪生向公眾強(qiáng)調(diào)：交流電是危險(xiǎn)的，必須禁止。他使用交流電公開(kāi)處決如大象等大型動(dòng)物，并把處決過(guò)程拍攝成電影給公眾播放。他甚至通過(guò)自己的關(guān)系游說(shuō)國(guó)會(huì)，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(shí)驗(yàn)在紐約的監(jiān)獄展開(kāi)，由于經(jīng)驗(yàn)不足，火苗從罪犯的脊柱竄出，但是罪犯卻還活著。

這場(chǎng)交流電和直流電的戰(zhàn)斗在1893年芝加哥世博會(huì)上進(jìn)入了白熱化。芝加哥世博會(huì)是人類歷史上第一次使用電燈照明的世博會(huì)。此時(shí)，愛(ài)迪生公司已經(jīng)改名為通用電氣公司，他們的首要任務(wù)就是要攬到這個(gè)活。他們對(duì)政府開(kāi)價(jià)大約100萬(wàn)美元。但是，特斯拉的公司開(kāi)價(jià)只有他們的一半，顯然，愛(ài)迪生沒(méi)有拿到這個(gè)工程，而特斯拉得到了一個(gè)創(chuàng)造歷史的機(jī)會(huì)。

1893年5月1日，十萬(wàn)觀眾涌入世博園區(qū)，夜幕降臨，克里夫蘭總統(tǒng)按下按鈕，整個(gè)世博園區(qū)的數(shù)萬(wàn)盞燈泡被特斯拉的交流電點(diǎn)亮，人類從未見(jiàn)過(guò)如此的情景，對(duì)那個(gè)時(shí)代的人來(lái)說(shuō)，這就是未來(lái)。

在世博會(huì)上，特斯拉為了消除公眾對(duì)交流電的恐懼，向人們展示了奇妙的實(shí)驗(yàn)：他身著禮服，腳穿木鞋，雙手接通電路，用身體作為導(dǎo)線通過(guò)交流電，全身閃著電火花。而且在那之后，他似乎就迷戀上了閃電，他經(jīng)常在放著閃電的實(shí)驗(yàn)室看書(shū)，這種讓人看著都害怕的東西仿佛是特斯拉的寵物一樣溫順。

世博會(huì)給人們留下了深刻的印象，特斯拉也一度成為當(dāng)時(shí)的風(fēng)云人物。在特斯拉在小的時(shí)候有一個(gè)夢(mèng)想，將尼亞加拉水瀑奔騰的水流變?yōu)殡娔堋，F(xiàn)在就是他實(shí)現(xiàn)夢(mèng)想的時(shí)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(qiáng)大的水流推動(dòng)了巨大的發(fā)電機(jī)，提供了4000kw的電能，通過(guò)變壓器升壓到22000V，再通過(guò)高壓電線輸送到360英里之外的紐約，通過(guò)降壓變壓器降壓之后，給交流電動(dòng)機(jī)、電燈泡和電車等用電設(shè)備供電。在特斯拉的帶領(lǐng)下，電能真正走進(jìn)了千家萬(wàn)戶。

五.普羅米修斯式

的科學(xué)家

特斯拉發(fā)明了特斯拉線圈，促進(jìn)了交流電的應(yīng)用，發(fā)明了交流電動(dòng)機(jī)，還有其他數(shù)百項(xiàng)專利，有一種說(shuō)法是科學(xué)界有兩個(gè)被嚴(yán)重低估的天才，一個(gè)是萊昂納多·達(dá)芬奇，另一個(gè)就是尼古拉·特斯拉。

他雖然是一個(gè)卓越的科學(xué)家和工程師，但卻不是一個(gè)成功的商人。他沒(méi)有從自己發(fā)明的交流電中獲得太多收益，而且由于他太醉心于無(wú)線輸電技術(shù)——一種不用導(dǎo)線就可以輸電的新技術(shù)的研究而被資本家們所拋棄。

世界沒(méi)有認(rèn)識(shí)到這位天才的價(jià)值，晚年的特斯拉孤獨(dú)地住在紐約的小旅館里，被出租車撞了，卻無(wú)錢(qián)醫(yī)治，還是以前的東家——西屋電氣公司幫他支付了醫(yī)藥費(fèi)。

在第二次世界大戰(zhàn)時(shí)，特斯拉曾經(jīng)向美國(guó)政府提了兩個(gè)建議：天氣風(fēng)暴和死光武器。1943年1月8日，總統(tǒng)安排特斯拉在白宮會(huì)面，但是在前一天夜里，特斯拉在他住的小旅館里去世了。紐約市長(zhǎng)在電臺(tái)中發(fā)布了訃告：

“昨晚，一位87歲的老人去世了。他去世時(shí)一貧如洗，但是卻是對(duì)這個(gè)世界貢獻(xiàn)最多的人。如果把他的發(fā)明從生活中抽走，工廠車間將停止運(yùn)轉(zhuǎn)，電車將停止運(yùn)動(dòng)，我們的城市將陷入黑暗。特斯拉并沒(méi)有死，他的生命已經(jīng)融入了我們的時(shí)代?！?/p>

特斯拉兩次和諾貝爾獎(jiǎng)失之交臂，第一次是無(wú)線電的發(fā)明。他最早進(jìn)行了無(wú)線電通訊的演示，并獲得專利，但是美國(guó)專利局卻隨后撤銷了他的專利，轉(zhuǎn)而授予馬可尼，并使得馬可尼獲得了1909年諾貝爾獎(jiǎng)。1915年，紐約時(shí)報(bào)頭版刊文：瑞典政府已經(jīng)決定將本年度的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)?lì)C發(fā)給托馬斯·愛(ài)迪生和尼古拉·特斯拉。特斯拉也登上了時(shí)代周刊的封面。但是，一周之后，諾貝爾獎(jiǎng)卻授予給了牛津大學(xué)的布拉格。傳說(shuō)這是因?yàn)樘厮估芙^與愛(ài)迪生分享諾貝爾獎(jiǎng)，而這個(gè)謎團(tuán)至今也沒(méi)有得到解釋。

為了獎(jiǎng)勵(lì)特斯拉的貢獻(xiàn)，美國(guó)電氣工程師協(xié)會(huì)（現(xiàn)合并為電氣電子工程師協(xié)會(huì)IEEE）決定授予特斯拉他們協(xié)會(huì)的最高獎(jiǎng)?wù)隆獝?ài)迪生獎(jiǎng)?wù)隆?/p>

顯而易見(jiàn)，特斯拉沒(méi)有去領(lǐng)獎(jiǎng)。

END

來(lái)源：李永樂(lè)老師