特斯拉：改变我们能源使用方式的天才

当你轻轻拨动开关，房间里的灯光照亮时，你可能没有想过这背后的原理，也没有想过是谁让这一切成为可能。如果你被迫承认这背后的天才，你可能会想到托马斯·阿尔瓦·爱迪生，他发明了白炽灯泡。但同样具有影响力的，甚至可能更具影响力的，是一位名叫尼古拉·特斯拉的天才。

（特斯拉）

特斯拉于1884年来到美国，当时他28岁。到1887年，他已经申请了一系列专利，描述了使用交流电（AC）发电所需的一切。要理解这些发明的重要性，你必须了解19世纪末电力发电领域的状况。当时，这是一场电流之战，特斯拉和爱迪生分别扮演着对立的将军角色。

在19世纪80年代，爱迪生推出了他的电灯，很快就在纽约市的第一区安装了他的新型电力系统。尽管爱迪生的早期安装要求地下布线，但需求如此之大，以至于城市的部分地区用木横梁悬挂的裸露电线供电。到了1885年，避免电气危险已经成为城市生活的日常部分。爱迪生的系统使用直流电（DC），直流电总是沿着一个方向流动，由直流发电机产生。爱迪生是直流电的坚定支持者，但它存在局限性。最大的问题是，直流电难以在长距离内经济地传输。爱迪生知道交流电没有这个限制，但他认为交流电不是商业电力系统的可行解决方案。

（爱迪生）

特斯拉在奥地利格拉茨的约阿内姆理工学院学习时，就对一个问题产生了浓厚兴趣。在那里，特斯拉看到了一个格拉姆发电机的演示。发电机是一种使用换向器（安装在机器轴上的接触器）产生直流电而非交流电的发电机。特斯拉向导师提出，也许可以取消换向器，因为在发电机运行时，换向器会产生恐怖的火花。这个建议遭到了老师的嘲笑，但激发了特斯拉的想象力。

1881年，特斯拉有了一个灵感：如果在发电机的定子中改变磁场，而不是改变转子的磁极呢？这是一个颠覆性的概念，它颠覆了传统观念。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）在该场内旋转。特斯拉认为，如果这种排列颠倒过来，换向器就可以消除。

特斯拉在1882年开始在巴黎的大陆爱迪生公司工作。白天，他会安装基于爱迪生直流电力系统的白炽照明系统。业余时间，他会尝试交流电马达设计。这种情况持续了两年，直到特斯拉转到纽约市的爱迪生机器制造厂。据某些说法，特斯拉向这位著名的美国发明家描述了他关于交流电的想法，但爱迪生并不感兴趣。相反，他让特斯拉改进现有的直流发电厂。特斯拉这样做了，但当爱迪生没有按照约定支付他的报酬时，特斯拉感到失望。特斯拉辞职了，两人的道路从此分道扬镳。

在挖沟和陷入糟糕的生意后，特斯拉终于得到了律师查尔斯·佩克和西联公司的总监阿尔弗雷德·S·布朗的财政支持。佩克和布朗帮助特斯拉在曼哈顿离爱迪生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马达。特斯拉做到了这一点，建造了一个被称为多相感应电动机的设备。多相是指基于多个交流电的电动机，而不仅仅是一个。感应是指旋转的定子磁铁在转子中诱导电流流动的过程。特斯拉的原始电动机是一个两相版本，定子上有两对磁铁，每对磁铁对应一个交流电相。

1887年，特斯拉申请了七项美国专利，描述了一套完整的交流电系统，包括他的感应电动机、发电机、变压器、输电线和照明。几个月后，特斯拉向美国电气工程师协会发表了关于他的革命性新系统的演讲。这次演讲引起了轰动，尽管爱迪生发起了反交流电运动，但许多专家相信交流电系统不仅是可行的，而且远比直流电优越。

要将一个好主意推向市场，需要一些影响力。在这种情况下，影响力来自一位在铁路行业发家致富的发明家。乔治·威斯汀豪斯，他的电力公司正在努力研究成功的交流电系统。当佩克和布朗与威斯汀豪斯商谈将特斯拉的发明商业化时，这位负责铁路空气制动器的企业家提出了一个慷慨的报价。他同意支付25,000美元现金，以及50,000美元的票据和每马力电力的小额版税。

威斯汀豪斯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城市的有轨电车供电。特斯拉跟随着，作为威斯汀豪斯电气公司的员工，为实施提供咨询。项目进行得并不顺利，特斯拉经常与威斯汀豪斯的工程师发生争执。然而，最终，所有人都共同努力，找到了正确的配方：一个基于三相、60周波交流电的系统。如今，美国和加拿大的几乎所有电力公司都提供60周波电流，这意味着交流电在一秒钟内完成60次方向变化。这被称为系统的频率。

到了19世纪90年代初，爱迪生和直流电的支持者们感到了真正的威胁。他们继续声称交流电是危险的，并指出1890年一次灾难性的触电事故作为证据。但在1893年，威斯汀豪斯赢得了芝加哥世界博览会的照明投标，这给他们带来了沉重的打击。他的竞争对手是通用电气（GE），这家公司是由爱迪生通用电气和汤姆森-休斯顿合并而成的。GE是支持直流电的主要力量。威斯汀豪斯在成本上赢得了投标，但当格罗弗·克利夫兰总统开关点亮博览会场地上的10万盏白炽灯时，几乎没有人怀疑交流电的优越性。

1895年，威斯汀豪斯在尼亚加拉瀑布设计了一座水力发电厂，该厂结合了交流电的所有进步。起初，这个发电厂只为纽约州的布法罗市供电。但不久之后，电力就被输送到了纽约市，帮助巩固了百老汇作为公众心目中的大白之路。

此时，特斯拉已经从电厂和交流电实际应用的日常细节中抽身出来。他回到了纽约市，在那里他开设了一个新的实验室，可以探索其他想法、机器和设备。许多这些发明与发电或电力无关。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马达和多相交流电系统赢得了电流之战，因为它们构成了所有现代发电和配电的基础。然而，直流电（爱迪生的宝贝）并没有完全消失。它仍然在汽车电气系统、机车和某些类型的电动机中运行。