用交流電構建“未來電氣世界”的傳奇——尼古拉·特斯拉

與電結緣

尼古拉·特斯拉出生于奧地利帝國軍事邊境的一個東正教牧師家庭，他的父親善于制作家用工具和機械器具，這也讓特斯拉從小具備了很強的動手能力。在中學期間，特斯拉第一次看到物理學教授演示的電實驗，并對這種“神秘現象”產生了強烈的探索欲。

1875年，特斯拉的父親幫他取得了軍事前沿管理機關的獎學金，特斯拉由此獲得了進入格拉茲科技大學學習的機會。盡管當時學校提供了土木工程的課程，但也許是為了取悅父親或是追隨叔叔約瑟夫的腳步，特斯拉最后還是選擇了數學與物理學。在大學期間，特斯拉的數學成績很好，然而他最喜歡的課程是雅各布·波西爾教授講授的物理學。在波西爾的課堂上，特斯拉獲得了一套進入電學的系統化方法，有點類似于咱們現在初中到高中階段的物理課程，只不過我們現在是在學他們當時所研究的成果，他們學習的則是從古希臘逐步講到最新的電氣科學發展。

特斯拉第一次產生交流電的想法是在波西爾的課堂上，當時教授為了演示以電的形式傳輸能量，將一臺直流發電機接上電池，直接當電動機來用。但在使用過程中，由于波西爾難以完美調節發電機的換向器電刷（用來反轉電流），在演示的時候出現了嚴重的火花，這也是當時直流發電機讓人詬病的地方。

而特斯拉看到這種現象后，仔細檢查了直流電動機的運作原理，他發現電動機中的轉子線圈在運作的時候會產生一個反向的電磁場，因此為了保持轉子旋轉，必須讓換向器周期性反轉電流，那既然這樣，為什么不用發電機直接提供能規律變化的電流呢？沒錯，這個解決方案正是交流電。

尋求幫助

盡管特斯拉已經擁有了一個比較成熟的想法，但事實證明，不論在什么時候，沒錢，什么研究也進行不下去。于是為了尋找資方，1884年，特斯拉拿著他的交流電方案去往當時如日中天的愛迪生公司，希望愛迪生能幫助他完成交流感應發電機。

結果特斯拉并未見過愛迪生幾次，他到愛迪生公司也只是當了一名高級技工，參與了電力照明系統的設計，并未有太多的機會宣揚自己的交流電系統。不過在愛迪生公司工作時，特斯拉學到了很多當時直流發電機和電動機機器設計的知識，比如確保特定的電流輸出，規定線圈的長度、直徑，導線規格和匝數等。而這些知識當時并未普及，并且當時的電機設計也是在不斷試錯中進行的。正是有了這些知識積累，特斯拉才能將他的交流電想法落地成為真正的機器。

1886年底，從愛迪生的公司離開后，特斯拉一邊繼續鉆研他的交流電系統，一邊通過挖掘溝渠時認識的工頭認識了西聯匯款主管阿爾弗雷德·S·布朗和律師查爾斯·弗萊徹·派克，他們兩人在促進發明專利變現及設立公司等方面經驗豐富。基于特斯拉在電氣設備上的新想法，他們同意在財政上支持特斯拉的發明并共同創立了特斯拉電氣公司，其中產生的專利利潤1/3歸特斯拉，1/3歸布朗和派克，1/3用于后續研究。

創立公司不到兩個月的時間，特斯拉就開發出了一種以交流電運行的無刷感應電機，因其在長距離、高壓傳輸等方面的優勢得以在歐美迅速推廣。

1888年5月，布朗和派克為新電機申請了專利并同步安排特斯拉發表專利報告。不久后，特斯拉在美國電氣工程學會上作了一篇經典報告，題目為《交流電動機與變壓器的新系統》。這場報告可謂“說者有心，聽者也有意”，當特斯拉在臺上宣揚他的交流電系統時，臺下一位來自西屋電氣制造公司（以下簡稱西屋公司）的工程師敏銳地意識到這項發明正是當前公司缺少的產品，于是立馬向西屋公司創始人喬治·威斯汀豪斯進行匯報。

威斯汀豪斯也不含糊，第二天就來到特斯拉實驗室，了解了利用多相系統遠程傳輸交流電的構想，確認了這正是自己所想要的。兩個月后，特斯拉電氣公司與西屋公司簽訂了一項專利授權協議，價格為25000美元現金加50000美元的期票，以及每匹電2.5美元的專利使用費（1匹=0.7千瓦時）。此外，西屋公司還以每月2000美元聘請了特斯拉作西屋公司一年的技術顧問。

幾個月后，特斯拉來到匹茲堡工作，并建立了第一個交流電網。

危機與勝利

正當特斯拉向人生高峰邁進時，他的老東家愛迪生卻并不好受，因為采用交流電的弧光燈沖擊了原本使用直流電的白熾燈市場。于是在19世紀80年代末，愛迪生公司聲稱西屋公司設計使用的交流電系統非常危險，其設計也不如直流電，甚至侵犯了其背后的專利，不斷拋出詆毀交流電的材料，開啟了“電流大戰”。

此后，愛迪生開始在各種公開場合中宣揚交流電不安全，并將記者召集在一起，采用大電流進行動物實驗，無一例外，沒有動物可以承受住如此“酷刑”。

面對鋪天蓋地的負面報道，特斯拉卻感到了厭煩，他一頭扎進了實驗室，完全沉浸在自己的新奇研究之中。然而威斯汀豪斯頂住了壓力，通過大量實驗數據和事實進行反擊，證明交流電是安全的。

事情的轉機出現在1893年的哥倫比亞世界博覽會，這次博覽會想要辦成一個“未來的世界”，也就是由電燈照亮的“不夜城”。西屋公司在展覽中展示了大量電氣新產品，并取得了博覽會整體電燈的投標，給人們留下了深刻的印 象。

自此，交流電逐漸取代直流電，成為主流供電。但對于特斯拉而言，這只是傳奇的開始，正如他在自傳中寫的：“我頭腦中有一些東西，也可能是興高采烈的年輕人所常有的幻象。不過如果我有幸得以實現其中一些理念的話，這個成就將屬于全人類。”

參考資料

[1]史迪夫·勞.我是未來：尼古拉·特斯拉傳[M].杭州：浙江人民出版社，2018.

[2] 伯納德·卡爾森.特斯拉：電氣時代的開創者[M]. 王國良，譯.北京：人民郵電出版社，2016.

尼古拉·特斯拉

尼古拉·特斯拉（1856—1943），美籍塞爾維亞族杰出發明家、物理學家、機械工程師和電機工程師。他一生的發明不勝枚舉，獲得近1000項專利，其中最廣為人知的莫過于他設計的現代交流電供電系統，因此他被譽為“交流電之父” “無線電之父”。