温州电子开发实验室
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特斯拉线圈制作 "人工制造闪电" 之二
关于特斯拉和爱迪生的一些故事
电流大战：特斯拉对爱迪生
“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（Nikola
Tesal，1856～1943）跨入了位于纽约著名的第五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一起工作，而这位发明家仅仅用了几年的时间就开始了他的电灯照明时代。托马斯·爱迪生（Thomas
Edison）在他公司总部的办公室热情接待了这位踌躇满志的年轻人。看过了特斯拉的简历以后，爱迪生马上委派给他一份工作。为特斯拉写推荐信的人是查尔斯·巴特切罗（Charles
Batchellor），欧洲大陆爱迪生公司的负责人，这家公司是爱迪生电灯公司（Edison Electric Light
Company）在巴黎的分公司，特斯拉在来美国以前曾在那里工作。
特斯拉欣然接受了爱迪生交给他的工作，并且耐不住性子大胆地向爱迪生提出了自己的设想，他认为有可能利用交流电流来产生电能。然而受迪生的态度是冷淡的，他表示对这种理论毫无兴趣，而且在爱迪生看来，由他制造的直流电照明系统已经足够使用了。此后，爱迪生只是在直流电系统基础上进行改进。然而，他的新合作者特斯拉所期待的却绝不于此。
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，特斯拉已经制造出了第一个小型交流电动机，但是他很需要有财政上的支持来进一步试验和推进自己的发明。
无法超越1公里的范围
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，但是他当时所面临的问题也不少。首先，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。爱迪生为了使他设计的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5万美元作为基金，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，爱迪生却拒绝了他。他说：“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。
特斯拉感到极度的失望和厌倦，于是他辞职了。长时间以来，特斯拉给爱迪生带来了很多利益，然而爱迪生始终对他的交流电持一种质疑和敌视的态度。不过，除了暴露出爱迪生对科学缺乏远见以外，特斯拉还清楚地看到，爱迪生已经将太多的金钱投入到他的直流电上而不能自拔了。
相信特斯拉的西屋公司
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（George
Westinghouse）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年的时候，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（Lucien
Gaulard）和英国人约翰·吉布斯（John
Gibbs）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”：一种他们已经注册了专利权的特殊变压器。就是利用戈拉尔一吉布斯的变压器和由恩斯特·沃纳·冯·西门子（Ernst
Werner von
Siemens）校准的发电机，1886年3月，西屋（Westinghouse）公司在美国马萨诸塞州的大巴灵顿（Great
Barrington）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，西屋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，特斯拉开始为西屋公司设计和平大型的、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（Galileo
Ferraris）向都灵科学院展示了他的交流电“异步电动机”（这个机器实际是在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，在同年5月对自己发明的一款与其非常相似的电动机申请了专利。经过一系列冗长的、令人厌烦的诉讼过程，德国和美国法庭最后判定：转动磁场的原始发现人属于意大利科学家伽利略·费拉利斯。然而令人遗憾的是，费拉利斯并没能把握住这个契机，他没有像特斯拉那样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，也就是今天的“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，惟一令他们烦恼的就是市以前那些过于繁琐而官僚的手续。
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。他先是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西屋公司的交流电的致命效果了。电椅就是在这样一系列“展示”的“启发”下发明出来的。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。
尼亚加拉大瀑布的交流发电站
不久以后，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（George
Forbes）。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（Buffalo）。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。爱迪生本人不得不接受这个残酷的现实。从那时起，交流电便成为了工业、商业和民用电的惟一选择。
“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，两人也是截然不同的科学家。爱迪生具有惊人的创造性和工业策划能力，是一位非常聪明的试验者，但是却缺乏数学知识和复杂的理论洞察力。相反地，特斯拉和其同时代的人相比是一个前卫式的人物，通过对现象精确地数学解析，他完成了很多伟大的创造性工作。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。
在网上搜索了一下，特斯拉其实非常有名，受早年爱迪生的压迫，但是晚年也有阻碍科学的行径，可谓优劣参半，不过有很多我们可以学习的地方。
文中的放电器改为可控硅（需要稍作修改电路，增加触发），可以将体积和功率适当减小，升压效果仍然很明显。
另有一篇对特斯拉的文章转贴，共享。
在国际站点上，有关特斯拉的资料多得不计其数，影响之大，超过爱因斯坦，形成了一种独特的文化现象。您可以在google比较一下“tesla”和“Einsten”搜索结果，tesla有4,480,000个相关页面，Einsten只有228,000个。不过特斯拉在国际上是一个非常有争议的人物，对他毁誉参半，甚至被归结为伪科学家。
特斯拉是上个世纪之初少有的实验通才，他机电工程，无线电工程，流体工程，低温工程，地球物理，真空技术，飞行器技术方面等等都有专利成就。特斯拉在各个国家的所有专利，包括他所有未曾批准的专利和所有具有专利价值的各种发明，总共加起来有700多项。特斯拉不仅是科学家，致力于探索和把握的未知自然现象，而且是能工巧将，他的某些实验成就，比如说火球闪电的人工制造，是用今天用最先进的设备，也模仿不出来。特斯拉最有价值的成就是发现了旋转磁场原理，发明了多相交流供电系统和交流感应电动机。他的最著名的发明是“特斯拉线圈”，这是一种分布参数高频共振变压器，可以获得上百万伏的高频电压。他是最早制作成功荧光灯和发现和研究X射线的科学家之一，并首先发现了红宝石激光效应，以及点电子显微镜效应。特斯拉还是无线电遥控的鼻祖，他使用谐振电路最早实现了计算机“与门”的逻辑原理，还最早阐述了雷达的原理，还最先用他自制的高灵敏度接收机接收到了天外无线电脉冲信号，探测过宇宙射线，发明过一种革命性的无叶片涡轮机等等。
特斯拉线圈的线路和原理都非常简单，但要将它调整到与环境完美的共振很不容易，特斯拉就是特别擅长这项技艺的人。特斯拉后来发明了所谓的“放大发射机”，现在称之为大功率高频传输线共振变压器，用于无线输电试验。特斯拉的无线输电技术，值得一题。特斯拉把地球作为内导体，地球电离层作为外导体，通过他的放大发射机，使用这种放大发射机特有的径向电磁波振荡模式，在地球与电离层之间建立起大约8赫兹的低频共振，利用环绕地球的表面电磁波来传输能量。这一系统与现代无线电广播的能量发射机制不同，而与交流电力网中的交流发电机与输电线的关系类似，当没有电力接收端的时候，发射机只与天地谐振腔交换无功能量，整个系统只有很少的有功损耗，而如果是一般的无线电广播，发射的能量则全部在空间中损耗掉了。特斯拉有生之年没有财力实现这一主张。后人从理论上完全证实了这种方案的可行性，证明这种方案不仅可行，而且效率极高，对生态安全，并且不会干扰无线电通信。只不过涉及到世界范围内的能量广播和免费获取，在现有的政治和经济体制下，无人实际问津这种主张。
特斯拉一生坎坷，他的成就与他敢于冒险的勇气密不可分，他“敢为天下先”，并且一干到底，哪怕此路不通。他所从事的极高电压的研究充满生命危险，并且常常冒着生命危险进行各种示范表演。他最拿手的好戏是让上百万伏的高频电压通过自己的身体，展示出惊人的放电效应。在研究过程中，他受过电击，受过大剂量的X射线的照射，在研究磁暴线圈时，感受磁暴对生命意识的影响，而同样强度的磁暴能够让附近的金属箔挥发得无影无踪。在晚年还曾被出租车撞伤，尽量这样，他还是活到了八十六岁高龄，在旅馆中孤独逝世，终身未婚，将一身献给了科学事业。他逝世的时候，除了成吨的文件资料，没有留下任何财产和遗言，真可谓来去无牵无挂，十分令人感动。特斯拉逝世以后，他的文件资料随即被美国政府抄收了去，被定为绝密情报，出于国家安全的考虑，拒绝向公众公开。
特斯拉之所以在科学史中被“除名”，是因为他反对相对论，坚持传统的物理观，与当时蓬勃发展起来原子物理学格格不入，加之晚年遁世隐居，想入非非，不切实际，因而他不太受正统的科学团体所欢迎，甚至被斥为卖弄江湖妖术的骗子，他的实验室也被描绘成散发出妖气的阴森森的中世纪炼丹术士的场所。不过，最主要的原因是当年为了实现他那最远大的抱负，实现全球的无线输送电力革命，筹建了沃登克里弗广播塔，后来马可尼先声夺人，抢先获得了无线电商业上的成功，因而特斯拉的这一计划胎死腹中，欠了投资人摩根一屁股债，摩根以他的经济和政治手腕，下令美国所有学校课本删除特斯拉的名字，从而一直影响到现在。后来，为了表彰他在交流电系统中的实际贡献，国际电工委员会将磁感应强度的国际单位制命名为特斯拉。
特斯拉在国际上特别受到崇拜，他以多才多艺的实践成就，为后人树立了榜样，国外至今还有很多人探索他那些失传了的技艺。我觉得这与西方重视实践的良好倾向密切相关。特斯拉反对正统理论，他总是以自己设计的巧妙实验来说话，而不是空谈理论，因而，往往他对自己实验结果的解释是错误的，但对别的科学家而言，也常常因此而有意外的收获。在当今“组织化”了的社会中，很难出现第二个特斯拉式的人物了。社会高度的组织化，使人无需成为在各个领域都有成就的通才，每个人只要循规导矩，与他人良好合作，在自己狭小的领域内发挥好作用就能获得成功，无需拼搏，无需冒险。组织化了的现代人的很难认同特斯拉，而特斯拉的现代崇拜者也多是那些不愿循规导矩的人。不过，在西方正统科学团体内“科学已经终结”了的不和谐论调下，越来越多的西方科学家重新认识到，实践是科学的源泉，是人与大自然联系的桥梁，理论已经脱离大自然现实如此之远，以至于举步维艰。所以在西方，特斯拉曾经有过的主张越来越受到正统科学界的重视，特斯拉的影响可以说是波及未来。
特斯拉 tesla 线圈和废旧的灯泡 制作的魔球
接下去看看特斯拉线圈的制作吧 go go!!
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