用交流电构建“未来电气世界”的传奇——尼古拉·特斯拉

与电结缘

尼古拉·特斯拉出生于奥地利帝国军事边境的一个东正教牧师家庭，他的父亲善于制作家用工具和机械器具，这也让特斯拉从小具备了很强的动手能力。在中学期间，特斯拉第一次看到物理学教授演示的电实验，并对这种“神秘现象”产生了强烈的探索欲。

1875年，特斯拉的父亲帮他取得了军事前沿管理机关的奖学金，特斯拉由此获得了进入格拉兹科技大学学习的机会。尽管当时学校提供了土木工程的课程，但也许是为了取悦父亲或是追随叔叔约瑟夫的脚步，特斯拉最后还是选择了数学与物理学。在大学期间，特斯拉的数学成绩很好，然而他最喜歡的课程是雅各布·波西尔教授讲授的物理学。在波西尔的课堂上，特斯拉获得了一套进入电学的系统化方法，有点类似于咱们现在初中到高中阶段的物理课程，只不过我们现在是在学他们当时所研究的成果，他们学习的则是从古希腊逐步讲到最新的电气科学发展。

特斯拉第一次产生交流电的想法是在波西尔的课堂上，当时教授为了演示以电的形式传输能量，将一台直流发电机接上电池，直接当电动机来用。但在使用过程中，由于波西尔难以完美调节发电机的换向器电刷（用来反转电流），在演示的时候出现了严重的火花，这也是当时直流发电机让人诟病的地方。

而特斯拉看到这种现象后，仔细检查了直流电动机的运作原理，他发现电动机中的转子线圈在运作的时候会产生一个反向的电磁场，因此为了保持转子旋转，必须让换向器周期性反转电流，那既然这样，为什么不用发电机直接提供能规律变化的电流呢？没错，这个解决方案正是交流电。

寻求帮助

尽管特斯拉已经拥有了一个比较成熟的想法，但事实证明，不论在什么时候，没钱，什么研究也进行不下去。于是为了寻找资方，1884年，特斯拉拿着他的交流电方案去往当时如日中天的爱迪生公司，希望爱迪生能帮助他完成交流感应发电机。

结果特斯拉并未见过爱迪生几次，他到爱迪生公司也只是当了一名高级技工，参与了电力照明系统的设计，并未有太多的机会宣扬自己的交流电系统。不过在爱迪生公司工作时，特斯拉学到了很多当时直流发电机和电动机机器设计的知识，比如确保特定的电流输出，规定线圈的长度、直径，导线规格和匝数等。而这些知识当时并未普及，并且当时的电机设计也是在不断试错中进行的。正是有了这些知识积累，特斯拉才能将他的交流电想法落地成为真正的机器。

1886年底，从爱迪生的公司离开后，特斯拉一边继续钻研他的交流电系统，一边通过挖掘沟渠时认识的工头认识了西联汇款主管阿尔弗雷德·S·布朗和律师查尔斯·弗莱彻·派克，他们两人在促进发明专利变现及设立公司等方面经验丰富。基于特斯拉在电气设备上的新想法，他们同意在财政上支持特斯拉的发明并共同创立了特斯拉电气公司，其中产生的专利利润1/3归特斯拉，1/3归布朗和派克，1/3用于后续研究。

创立公司不到两个月的时间，特斯拉就开发出了一种以交流电运行的无刷感应电机，因其在长距离、高压传输等方面的优势得以在欧美迅速推广。

1888年5月，布朗和派克为新电机申请了专利并同步安排特斯拉发表专利报告。不久后，特斯拉在美国电气工程学会上作了一篇经典报告，题目为《交流电动机与变压器的新系统》。这场报告可谓“说者有心，听者也有意”，当特斯拉在台上宣扬他的交流电系统时，台下一位来自西屋电气制造公司（以下简称西屋公司）的工程师敏锐地意识到这项发明正是当前公司缺少的产品，于是立马向西屋公司创始人乔治·威斯汀豪斯进行汇报。

威斯汀豪斯也不含糊，第二天就来到特斯拉实验室，了解了利用多相系统远程传输交流电的构想，确认了这正是自己所想要的。两个月后，特斯拉电气公司与西屋公司签订了一项专利授权协议，价格为25000美元现金加50000美元的期票，以及每匹电2.5美元的专利使用费（1匹=0.7千瓦时）。此外，西屋公司还以每月2000美元聘请了特斯拉作西屋公司一年的技术顾问。

几个月后，特斯拉来到匹兹堡工作，并建立了第一个交流电网。

危机与胜利

正当特斯拉向人生高峰迈进时，他的老东家爱迪生却并不好受，因为采用交流电的弧光灯冲击了原本使用直流电的白炽灯市场。于是在19世纪80年代末，爱迪生公司声称西屋公司设计使用的交流电系统非常危险，其设计也不如直流电，甚至侵犯了其背后的专利，不断抛出诋毁交流电的材料，开启了“电流大战”。

此后，爱迪生开始在各种公开场合中宣扬交流电不安全，并将记者召集在一起，采用大电流进行动物实验，无一例外，没有动物可以承受住如此“酷刑”。

面对铺天盖地的负面报道，特斯拉却感到了厌烦，他一头扎进了实验室，完全沉浸在自己的新奇研究之中。然而威斯汀豪斯顶住了压力，通过大量实验数据和事实进行反击，证明交流电是安全的。

事情的转机出现在1893年的哥伦比亚世界博览会，这次博览会想要办成一个“未来的世界”，也就是由电灯照亮的“不夜城”。西屋公司在展览中展示了大量电气新产品，并取得了博览会整体电灯的投标，给人们留下了深刻的印 象。

自此，交流电逐渐取代直流电，成为主流供电。但对于特斯拉而言，这只是传奇的开始，正如他在自传中写的：“我头脑中有一些东西，也可能是兴高采烈的年轻人所常有的幻象。不过如果我有幸得以实现其中一些理念的话，这个成就将属于全人类。”

参考资料

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

[2] 伯纳德·卡尔森.特斯拉：电气时代的开创者[M]. 王国良，译.北京：人民邮电出版社，2016.

尼古拉·特斯拉

尼古拉·特斯拉（1856—1943），美籍塞尔维亚族杰出发明家、物理学家、机械工程师和电机工程师。他一生的发明不胜枚举，获得近1000项专利，其中最广为人知的莫过于他设计的现代交流电供电系统，因此他被誉为“交流电之父” “无线电之父”。