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标题: 解秘科学史上的“电流大战” [打印本页]

作者: fox666 时间: 2016-5-1 22:46 标题: 解秘科学史上的“电流大战”

　“电流大战”是在两位19世纪和20世纪的天才而多产的发明家之间展开的：爱迪生具有惊人的创造性和工业策划能力，但是却缺乏数学知识和复杂的理论洞察力。相反，特斯拉和其同时代的人相比是一个前卫式的人物，他不像爱迪生那样，仅仅因为个人愿望而去做很多事情，而是在设计任何设备之前都从理论的角度去分析问题，直到得出绝对有把握的结果，才会付诸实践。

解秘科学史上的“电流大战”
科学怪人天才尼古拉?特斯拉
　　
一、无法超越1公里的范围
　　
　　"我认识两位伟人，你是其中之一；另外一个就是站在你面前的年轻人。"1884年深秋的一个清晨，就是带着这样一封推荐信，尼古拉?特斯拉（1856～1943）跨入了位于纽约著名的第5大道上一座漂亮大厦的门槛。特斯拉是一名优秀的塞尔维亚工程师，当时28岁的他刚刚准备和世界上最著名的发明家托马斯?爱迪生一起工作。

　　当时，正处于19世纪下半叶，几乎所有人都认为在实践中是不可能使用交流电的。因为直流电始终朝着相同的方向流动，而交流电则反复使电流的大小和方向发生变化。最早的电动机使用的都是直流电。那些试图让交流电动机运转起来的人发现，这种电动机产生的磁场并不能使电动机正常运行。事实上，当电流改变方向的时候，磁场随后也改变了强度和方向，因此，电动机自然就不可避免地停止转动。

　　事情发生转机是在1882年，特斯拉在经过严谨的数学分析之后，拟订了一个新的实验方案，他利用两个异相交流电换相器，以保证有充分而强大的电流使发动机运转。根据这位塞尔维亚科学家设计的方案，在电动机固定部分中的线圈里，对流动电流的一个适当联结（定子）能够产生一个强度不变的磁场，这个磁场在转动的同时，会使电动机的活动部件也跟着它一起转动（转子）。实际上，磁场会在转子的线圈里产生一个流动的感应电流，而感应电流能够引发一个加快线圈自身转动的力，而且这都不需要任何电线去连接运动中的各个部分。1883年，特斯拉制造出了第一个小型交流电动机，但他很需要有财政上的支持。

　　和特斯拉第一次见面时，爱迪生正在投入大量的资金去研发直流电设备。1879年，爱迪生发明了白炽灯，这种灯在现实生活中的迅速普及使爱迪生本人也成为了一名成功的大企业家和世界知名的发明家，但是他当时也面临着不少的问题：一个住宅区里的照明灯如果和发电站的距离超过1公里，就无法得到足够的电流发出强光，这是因为直流电无法在远距离的情况下传输能量。为了使照明系统能够正常运行，只好在每隔1公里的地方建造1座发电站，要不然就要增加发电机的功效，或者将若干个发电机连接在一起，以便产生更多的电流。

　　爱迪生交给特斯拉的工作任务就是完善这些直流电系统的性能。不过特斯拉始终坚信能够说服爱迪生去接受在许多方面明显占优势的交流电。爱迪生很清楚特斯拉在技术方面的能力，他还拿出5万美元让特斯拉去改进发电站中的发电机。特斯拉研究制订出了20多个新直流电发电机的计划，这些发电机具有调节简单并能产出强大电流的特点。爱迪生对这些新型发电机进行了多次实验，取得了很好的效果，并为这些发电机申请注册了专利权，用它们代替了那些老式机器。然而当特斯拉向爱迪生索取自己应得的那部分报酬时，爱迪生却说："特斯拉，您并不懂得美国式的幽默。"这件事对于这位塞尔维亚年轻人的打击很大，他的美梦被再次打破了。

解秘科学史上的“电流大战”
乔治?威斯汀豪斯

　　
二、相信特斯拉的Westinghouse公司
　　
　　1888年，一位希望能向爱迪生发起挑战的美国发明家和企业家乔治?威斯汀豪斯将赌注押在了交流电上，他邀请特斯拉到他的公司去工作。其实，早在1883年，威斯汀豪斯就对交流电产生了极大的兴趣。当时，法国人吕西安?戈拉尔和英国人约翰?吉布斯在伦敦的一个博览会上向人们展示了一款能够进行远距离传输的交流电设备。这个设备运用了"二次发电机"（一种已经注册了专利权的特殊变压器）。就是利用戈拉尔?吉布斯的变压器和由恩斯特?沃纳?冯?西门子校准的发电机，1886年3月，Westinghouse公司在美国马萨诸塞州的大巴灵顿小镇中首次使用了交流电照明设备。

　　然而，为了能够真正和爱迪生进行较量，Westinghouse公司必然要考虑给工业企业提供交流电动机。当时工业用电动机用的都是直流电，这种电动机存在着明显的不足，例如功率不足等等。于是，特斯拉开始为Westinghouse公司设计大型的、高功率和高频率的交流电电动机，弥补了老式发电机功率不足的缺陷。
　　1888年3月，意大利物理学家伽利略?费拉利斯向都灵科学院展示了他的交流电"异步电动机"（该机器是在1885年设计完成的）。它的原理是建立在一个转动的磁场上，和特斯拉5年前的设计理念很相似，只是技术更加完善，功率更大。与此同时，围绕着交流电动机的"斗争"也日趋激烈：特斯拉要求拥有其发现转动磁场的优先权，并且针对费拉利斯制造的交流电动机。经过一系列冗长的、令人厌烦的诉讼过程，法庭最后判定：转动磁场的原始发现人属于意大利科学家费拉利斯。然而令人遗憾的是，费拉利斯并没有将异步电动机的巨大潜力运用到日常生活中去。

　　特斯拉始终坚持着自己的研究工作。1890年，他发现了共振现象，即在特定的环境下，一个机械系统振动的振幅，不论是声学的还是电力的，都会有一个相当高的振幅。最值得一提的是，这位塞尔维亚科学家利用共振原理制造出了一个变压器--"特斯拉线圈"，它能够承受极高的电压，从几百到几千伏不等。到19世纪末期，经过数月的实验之后，威斯汀豪斯和特斯拉获得了极大的成功，他们终于可以将已经成熟的产品推向市场。

解秘科学史上的“电流大战”
爱迪生

　　
三、无休止地相互中伤
　　
　　获悉特斯拉取得的成功以后，爱迪生意识到了自己将要面对的竞争对手是何等强大，他开始了一场针对交流电的中伤诋毁运动。为了向人们展示这种新型系统假定的危险性，爱迪生在众多记者面前用高压交流电做了一系列可怕的实验：将一块白铁皮板和一台可达1000伏电压的交流电发电机相联，然后再把一只小猫或是小狗放在铁板上，小猫或小狗会瞬间死亡。这样，人们就可以亲眼目睹特斯拉和Westinghouse公司的交流电的致命效果了（电椅就是在这样的"启发"下发明的）。同时，作为对爱迪生宣传攻势的反击，特斯拉也在舞台上进行了很多真正的"电魔术"表演。除了使人们为之惊叹，特斯拉的另一个目的就是向世人传播的交流电理念：当不被用在故意犯罪的目的时，交流电是非常安全的。

　　当这场"电流大战"愈演愈烈之时，芝加哥正在筹备一个世界博览会，主办者希望寻找到一套可以照亮整个会场的照明设备。于是，威斯汀豪斯开出了一份极具诱惑力的合同，他试图以超低价格来从爱迪生手中抢到这笔生意。1893年1月，博览会开幕了，9万多盏由特斯拉的交流电点的电灯照亮了整个会场。这是一次伟大的成功，同时也是大获全胜之前的一个前奏。

　　不久后，在尼亚加拉大瀑布将要建造世界上第一座水力发电站，交流电系统由于其经济实惠和便于制造而被选中了。威斯汀豪斯将设计制造任务交给了苏格兰工程师乔治?福布斯。后者制造出的一套设备使用了3个特斯拉的交流发电机，每台的功率为110千瓦。1895年，发电站建成了，它可以将电流传输到距发电站35公里外的布法罗市。

　　这一事件宣告交流电彻底战胜了直流电，而爱迪生的直流电则瞬间就成了一种过时的技术。从那时起，交流电便成为了工业、商业和民用电的惟一选择。

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