一個被人遺忘的天才,尼古拉特斯拉

一個被人遺忘的天才,尼古拉特斯拉

尼古拉·特斯拉(Nikola Tesla,1856年7月10日~1943年1月7日),塞爾維亞裔美籍發明家、機械工程師、電氣工程師。他被認為是電力商業化的重要推動者之一,並因主持設計了現代交流電系統而最為人知。在邁克爾·法拉第發現的電磁場理論的基礎上,特斯拉在電磁場領域有著多項革命性的發明。他的多項相關專利以及電磁學的理論研究工作是現代的無線通信和無線電的基石。

1856年7月10日,特斯拉少年時在在克羅地亞的卡爾洛瓦茨上學,並在1875年於奧地利的格拉茨理工大學學習物理學、數學和機械學。他在大學只上了一年的課,第二年軍事邊境局撤銷,他失去了助學金,因交不起學費被迫退學。特斯拉沒有畢業。1877年,特斯拉到布拉格學習了兩年,他一邊去大學裡旁聽課程,一邊在圖書館學習。1879年,他試圖在馬裡博爾找一份工作但沒有成功,之後返回布拉格繼續學業,待到24歲。

1882年秋,特斯拉到愛迪生電話公司巴黎分公司當工程師,併成功設計出第一臺感應電機模型。1884年,他前往美國,在愛迪生實驗室工作,從此留在美國並加入美國國籍。

1884年,特斯拉第一次踏上美國國土,來到了紐約,開始在愛迪生實驗室工作。除了前僱主查爾斯·巴切羅所寫的推薦信外,他幾乎是一無所有。這封信是寫給托馬斯·愛迪生的,信中提到:“我知道有兩個偉大的人,一個是你,另一個就是這個年輕人。

愛迪生僱用了特斯拉,安排他在愛迪生機械公司工作。特斯拉開始為愛迪生進行簡單的電器設計,他進步很快,不久以後就可以解決公司一些非常難的問題了。特斯拉完全負責了愛迪生公司直流電機的重新設計。

輝煌年代

1886年特斯拉成立了自己的公司,公司負責安裝特斯拉設計的弧光照明系統,並且設計了發電機的電力系統整流器,該設計是特斯拉取得的第一個專利。1891年特斯拉取得了特斯拉線圈的專利。同年的7月31日,特斯拉成為美國公民。他告訴他的朋友們,他珍惜這個國籍勝過珍惜他的很多科學發明。1892年到1894年之間,特斯拉擔任美國電力工程師協會(IEEE的前身)的副主席。1893年,西屋公司競拍得在芝加哥舉行的哥倫比亞博覽會的用交流電照明的工程,這是在交流電發展史上的一件大事。西屋公司和特斯拉希望藉此機會向美國民眾展示交流電的可靠性和安全性。

在贏得著名的19世紀80年代的“電流之戰”及在1894年成功進行短波無線通信試驗之後,特斯拉被認為是當時美國最偉大的電氣工程師之一。他的許多發現被認為是具有開創性的,是電機工程學的先驅。1891年,特斯拉在成功試驗了把電力以無線能量傳輸的形式送到了目標用電器之後,致力於商業化的洲際電力無線輸送, 並且以此為設想建造了沃登克里弗塔。

特斯拉獲得南斯拉夫最高榮譽——白鷹大獎章,以及捷克的白獅大獎章和布拉格大學的榮譽學位。

特斯拉獲得1937年諾貝爾物理學獎提名。

1942年——7月8日,特斯拉在紐約人旅館受到南斯拉夫國王彼得二世的拜訪。

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研究領域

交流電系統、無線電系統、無線電能傳輸、球狀閃電、渦輪機、放大發射機、粒子束武器、太陽能發動機、X光設備、電能儀表、導彈科學、遙感技術、飛行器、宇宙射線、雷達系統、機器人……[4][3][6]

主要成就

交流電系統

交流電,簡稱為AC。交流電也稱“交變電流”,簡稱“交流”。一般指大小和方向隨時間作週期性變化的電壓或電流。它的最基本的形式是正弦電流。當發現了電磁感應後,產生交流電流的方法則被發現。早期的成品由尼古拉·特斯拉、邁克爾·法拉第與波利特·皮克西等人開發出來。其中,波利特·皮克西在1832年基於邁克爾·法拉第的原理製造了第一臺交流電機。

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1882年,英國電工詹姆斯·戈登建造了大型雙相交流發電機。開爾文男爵威廉·湯姆森與塞巴斯蒂安·費蘭蒂開發早期交流發電機,頻率介於100赫茲至300赫茲之間。

1891年,尼古拉·特斯拉取得了“高頻率”(15,000赫茲)交流發電機的專利。

而1891年後,多相交流發電機被用來供應電流,此後的交流發電機的交流電流頻率通常設計在16赫茲至100赫茲間,搭配弧光燈、白熾燈或電動機使用。

尼古拉·特斯拉雖然不是交流電發動機的最早發明者,但其對交流電的的改進如同瓦特對蒸汽機的改進一樣,有傑出的貢獻。1886年,特斯拉創建了自己的公司,特斯拉電燈與電氣製造公司。但是投資商不同意特斯拉關於交流電發電機的計劃。在1887年,他組裝了最早的無電刷交流電感應馬達, 並在1888年為美國電氣電子工程師學會作了演示。同年,他發展了特斯拉線圈的原理,並且開始在西屋電器與製造公司位於匹茲堡的實驗室與喬治·威斯汀豪斯一起工作。威斯汀豪斯聽取了他的關於利用多相系統遠程傳輸交流電的想法。

1888年,愛迪生買通美國某些州政府官員,把當地死刑由絞刑改為交流電電刑。並僱用小學生,抓貓狗來用特斯拉的交流電做實驗,把貓狗電死,來顯示特斯拉的交流電的危害,打擊特斯拉交流電在人們心目中的地位。

在19世紀80年代末,愛迪生推廣用直流電來提供電力分配比特斯拉與威斯汀豪斯所推廣的交流電來比,更有效果,因此特斯拉與愛迪生在一定程度上成為了競爭對手。直到特斯拉發明了異步電動機,交流電遠距離高壓傳輸的優點也就體現出來,同時也解決了機器不能用上交流電的問題。由於“電流之戰”緣故,特斯拉和威斯汀豪斯幾近破產,因此在1897年,特斯拉用自己的專利使用費替威斯汀豪斯緩解了一下危機。[4][6][7][3][1][8]

X射線研究

在早期的研究中,特斯拉制定了許多實驗來產生X射線。特斯拉認為用他的電路,“我的儀器可以產生的愛克斯光(即X射線)的能量比一般儀器可以產生的要大的多。”

他還談到用他的電路和單節點X射線產生設備在工作時的危害。在他許多調查這種現象的記錄中,他歸結了導致皮膚損傷的許多原因。他認為早期的皮膚損傷並不是X射線所引起的,而是臭氧的產生與皮膚接觸,和一些亞硝酸接觸所致。特斯拉錯誤地認為X射線是由分離的粒子組成的。

特斯拉完成了一些實驗,並先於倫琴證實了他的發現(包括拍攝他的手的X射線照片,之後他將照片寄給了倫琴),但沒有使他的發現眾所周知,他的大部分研究資料在1895年3月的第五大道一次實驗室大火中給燒燬了。[4][6][3][1][8]

無線能量傳輸

特斯拉的發電機於1895年被其改進,改進中考慮到了液態空氣。特斯拉知道,根據威廉·湯姆森(開爾文)的發現,液態空氣重新氣化時會吸收的並可以用來驅動東西的熱量,要比理論上產生的要更多。

特斯拉早在1891年證實了無線能量傳輸,特斯拉效應(以此紀念特斯拉)是用來闡述這種類型的電導應用的術語。

1899年,特斯拉遷往科羅拉多州的科羅拉多斯普林斯,因為那裡有可以讓他做高頻高壓實驗的地方,並開始在那兒搞研究。在實驗室中,特斯拉制造出了人造閃電。特斯拉也有研究大氣層電力,觀察他用接收器收到的閃電訊號。特斯拉聲稱他這時觀測到駐波。在科羅拉多實驗室裡,他“記錄”到他相信是外太空電波的訊號,不過他的言論和數據被當時的科學界否決了。他提到他接收器的數據中有著重複的訊號,跟他已經提及過的雷電及土壤干擾上得到的訊號本質上很不同。後來,他更明確地重提那些訊號是一組組地出現。特斯拉後來屢次嘗試向火星發訊。

無線電發展

在1891年7月31日,35歲的特斯拉加入美國國籍。同年在紐約第五大道建立了自己的實驗室。在此之後,他在紐約的休斯頓街建立了自己的實驗室。在那裡他用機電振盪器進行了機械共振實驗,他使周圍的一些建築物產生了共振,引來了警方。

特斯拉結識了美國世紀雜誌(The Century Magazine)的編輯羅伯特·安德伍德·約翰遜。與此同時,他也受吠陀哲學(即印度哲學)哲學家辨喜的影響,到後來他接觸印度教吠陀思想,以至於特斯拉開始用梵文來命名他的有關物質與能量的基本概念。

當特斯拉36歲時,第一次獲得了多相電源系統的專利權。他繼續研究了旋轉磁場。1892至1894年,特斯拉擔任美國電氣工程師學會副主席和美國無線電工程師學會的先驅人,也就是後來的電氣電子工程師學會。1893年至1895年,他在研究高頻交流電。他用圓錐形的特斯拉線圈製造出了百萬伏的交流電,他研究了導體中的“集膚效應”,設計了調諧電路,發明了無繩氣體放電燈,並無線發射了電能,造了第一臺無線電發射機。[4][6][3][8][1]

人造閃電

1899年,特斯拉在科羅拉多斯普林斯進行研究。

一個被人遺忘的天才,尼古拉特斯拉
一個被人遺忘的天才,尼古拉特斯拉

在實驗室中,特斯拉成功製造出人造閃電。

特斯拉通過自己的接收器觀察了閃電並研究了大氣電。

特斯拉研究如何無線傳輸能量與電力。他在自己的實驗與發現的基礎之上通過計算得出地球的共振頻率接近8赫茲。20世紀50年代,研究人員證實電離層的空腔諧振頻率在此範圍之內(後來稱之為舒曼共振)。

特斯拉於1900年1月離開了科羅拉多斯普林斯。在科羅拉多的實驗為特斯拉下一個計劃做好了準備,建立一個無線能量發射設施,也就是後來的沃登克里弗塔。

沃登克里弗塔

1901年,特斯拉開始建造沃登克里弗塔。1902年6月,特斯拉將實驗室從休斯頓街移到了沃登克里弗塔。此塔最終在第一次世界大戰期間被拆除而報廢。[4][3][1][8]

尼亞加拉水電站

如果大家曾到過美國尼亞加拉大瀑布,相信大家都會為這幅壯麗的奇觀而發出由衷的讚歎。 數以萬噸的河水從四方八面匯流,以山崩地裂之勢傾瀉下來,河水猛然衝擊的隆隆聲響,令人生畏。在這條川流不息的河流裡,蘊藏著意想不到的豐富資源。

1897年,舉世知名的尼亞加拉水電站中,第一座10萬匹馬力的發電站建成,成為35公里外的紐約州水牛城的主要供電來源。其後十多座大大小小的發電站相繼建成,每日所生產的電力足以供應美國紐約州和加拿大安大略省總需求的四分之一。至今,這項建成足足超過100年的電力建設仍然運作如常,從未間斷地產出天然能源,可謂是人類近百年科學史上的一大奇蹟。

一個被人遺忘的天才,尼古拉特斯拉

尼亞加拉水電站

這項科學上的百年奇蹟,就是天才科學家特斯拉在三十多歲時的一項設計,當中共運用了他9項專利發明,包括特斯拉所發明的交流電發電機和交流電輸電技術。

其實在當時的工商業、公共設置和家用電器,都使用著費用高昂的直流電。因為在電路上的損耗,使用直流電時必須每隔一公里便建設一套發電機組。所以在建造尼亞加拉水電站時,如將電力以直流電方式傳送,輸電至35公里以外的紐約州水牛城,是不可能的。所以建設尼亞加拉水電站時,美國人採用了特斯拉發明的交流電供、輸電技術,用高壓電來實現了遠距離供電。這項劃時代的發明,不僅解決了尼亞加拉水電站作遠距離供電的難題,並且帶給人們一個既方便又便宜的用電環境。

後來,人們在尼亞加拉瀑布的公羊島上樹立了特斯拉的銅像,以紀念他的貢獻。


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