虚伪的科学家和成功的科学家，爱迪生和特斯拉带来了电气时代

海瑟薇

如何确定？

通常，技术上的争议——两项发明之间争夺广泛接受度的竞赛——是通过理性的方式解决的:一项发明可能比另一项更便宜，另一项发明可能被接受，因为它比另一项发明更安全，还有一些发明的成功是因为工程师或政府监管机构制定的标准。

然而，争议的结果往往不那么完美，这就是特斯拉(Tesla)和爱迪生(Edison)为电力分配的未来争执不休时所发生的情况。这是一场包括可怕的示威游行、幼稚的谩骂和试图取缔AC的战斗。但最终，较为冷静的工程头脑占了上风，由于AC能够广泛而廉价地分配电力，它赢得了胜利。

让阳光普照

人们普遍认为托马斯·爱迪生在1879年独自发明了电灯，但事实并非如此。1807年汉弗莱·戴维爵士发明了第一盏电灯——弧光灯。受到1800年亚历山德罗·沃尔特发明的电池的启发，戴维在伦敦皇家学会的地下室里建造了一个巨大的电池。为了演示他的电池的功率，戴维把电池端子连到两根碳棒上。当他把碳棒隔开一小段距离时，电流跃过间隙，发出一道亮光。在接下来的50年(1880 -1860年)里，发明家们致力于开发带有机电调节器的弧光灯，以保持制造强光所需的碳之间的精确间隙。但只要依赖电池，他们的努力就会受到限制;为了扩大规模，他们需要一种新的电流来源。

迈克尔·法拉第（Michael Faraday），十九世纪的英国化学家，物理学家，发明家。

这个新源就是发电机。1831年，法拉第(他的职业生涯始于戴维的实验室助理)指出，如果你让一根导体在磁场中运动，使其与磁场成直角，那么导体中就会产生电流。巧妙的仪器制造商抓住法拉第的电磁感应原理，开始设计新的机器，这些机器可以用手转动，也可以用蒸汽机驱动，产生强大的电流。

使用弧光灯照亮街道和大型建筑物的可能性促使其他电工改进了发电机。1876年，克利夫兰的查尔斯·布拉什(Charles Brush)设计了一台直流发电机，为四个弧光灯串联供电。Brush强大的灯光被用来照亮街道、工厂和商店，包括费城的Wanamaker百货公司。

电弧照明对于照亮街道和大型建筑非常有用。事实上，今天它仍然被用在强大的探照灯中，这些探照灯被射向天空，用来宣布一家新商店或电影的开幕。

威廉·艾伦·罗杰斯（William Allen Rogers）于1889年为哈珀周刊（Harper's Weekly）创作的版画，借助 电弧灯的照明，展示了纽约沿大大道（Grand Avenue）蓬勃发展的夜生活。

爱迪生和白炽灯

白炽灯

但是，如果人们想要更小、更柔和的电灯，电弧照明是没有用的。1878年，爱迪生意识到顾客会购买一种类似于现有煤气灯的电灯，于是决定放弃他在门洛帕克的电话和留声机工作，投身于他一无所知的领域——电灯。

1879年的这款灯泡包含一条碳单丝，当电流流过时，它会发光。

为了制造一种更小的灯，爱迪生决定依靠白炽灯——一种在受热时发光的物体。一旦达到临界温度，物体不仅会发光，还会发出明亮的光。为了利用白炽灯，爱迪生最初用铂做实验。因为这种金属的熔点很高，爱迪生认为他可以让电流通过铂丝，而热量会使铂丝白炽。然而，他发现当铂被加热时，氧会与它反应并消耗它。为了克服这个问题，爱迪生把金属丝放在一个真空灯泡里。

虽然真空改善了他的灯的性能，但铂仍然太贵，电阻也低，这意味着他未来的系统将需要大而昂贵的铜电缆。幸运的是，爱迪生意识到他可以通过增加每盏灯的电阻并把它们并联起来，来克服对大型铜配电干线的需求。

现在的挑战是找到一种高电阻的灯丝。1879年的几个月里，爱迪生和他的团队尝试了几十种材料，结果发现爱迪生在电话发射机中使用的油烟碳是理想的材料。正如一家报纸的报道所描述的“灵光一现”时刻:

一天晚上，爱迪生坐在他的实验室里，思考着一些尚未完成的细节，心不在焉地用手指夹着一块压缩过的油烟，直到它变成一根细线。他凑巧瞥了一眼，突然想到，如果把它做成白炽灯，可能会产生很好的效果。几分钟后，这个实验开始了，令发明者满意的是，虽然结果并不令人惊讶，但令人满意。进一步的实验，改变了形式和组成的物质，每一个实验表明，发明者是在正确的轨道上。

1879年10月，爱迪生和他的工作人员进行了第一次成功的实验，他们把一根碳丝放在真空中，由于没有氧气使碳丝燃烧，他们使它变成了白炽灯。新年前夜，爱迪生在他的门洛帕克实验室向大批观众展示了用碳化纸板灯丝制作的灯具。

但是为了使他的白炽灯商业化，爱迪生现在必须设计一个完整的电力系统来为白炽灯供电，他模仿了大城市使用的气体照明系统。煤气系统包括中央车站、地下导体、仪表和灯具。1882年，爱迪生在曼哈顿下城的珍珠街建立了他的第一个中央车站。该地区包括华尔街金融区和纽约报纸的办公室，确保爱迪生能够接触到金融家和媒体。

在安装车站之前，他让手下调查了这个地区，看看有多少煤气和煤油灯可能会被他的新灯取代。为了抵消给电灯供电所需的铜管的高成本，爱迪生为人口密集的城市中心设计了他的直流系统，在距离中央车站不到一英里的地方为客户提供最高效的服务。

为了制造和销售他的白炽灯，爱迪生知道他需要基础设施来支持它。他设计了一个完整的系统来给灯泡供电，但他并没有就此打住。作为一个精明的商人，爱迪生在19世纪80年代早期创建了一些公司来生产他的直流系统所需的所有部件;他创办了爱迪生灯厂，后来改名为爱迪生电灯公司、爱迪生机械厂和其他几家生产电灯、发电机、导体和电表的公司。尽管爱迪生的公司在接下来的几年里输掉了这场潮流之战，但他们都挺了过来。1889年，他们合并成立了爱迪生通用电气公司，后来成为通用电气公司。

交流电

爱迪生是对的，小型电灯有一个巨大的市场，可以取代煤气灯，他从他的白炽灯系统中获得了巨大的利润（一直持续到19世纪80年代）。尽管爱迪生是白炽灯发展的先驱，但在19世纪80年代早期，他却无法阻止竞争对手进入这个利润丰厚的市场。但爱迪生面临的最大挑战是，他的系统只在人口密集的城镇才经济——在这种情况下，有足够多的客户可以抵消他的系统所需的铜管铺设成本。

该木刻展示了爱迪生照明公司于1882年在纽约建造的中央电站之一。

然而在美国，有许多城镇有足够的资金用于电力照明，但是人口过于分散，不足以安装爱迪生系统。谁能进入这个更大的市场，谁就一定能发财!

认识到这一点，乔治·西屋电气公司决定开发一种交流电照明系统。西屋电气认为，如果他提高用于传输电流的电压(比如1000伏特)，就可以减小铜管的尺寸。然而，由于将1000伏电压带入人们的家中可能是危险的，西屋电气让他的工程师们借用了欧洲发明的一种设备——变压器，它可以将电压从1000伏降至110伏。

但变压器只能在交流电下工作，这意味着西屋电气的新系统将彻底背离爱迪生的主流直流系统。在爱迪生的直流系统中，电压是恒定的(通常是110伏)，这对消费者来说是相对安全的。直流电系统的安装很简单，因为线路管理员可以依赖于直流电电话和电报系统中常用的实践。

乔治·威斯汀豪斯（George Westinghouse）于1846年出生于纽约，他是一生的企业家和发明家，致力于改变铁路和电力行业。在1914年去世之前，他以自己的名字拥有360多项专利。

然而，在新的西屋电气交流系统中，输电线路上的电压最高可在正1000伏和负1000伏之间交替，这意味着架新电线更有触电的危险。更高的电压也要求西屋电气的工程师需要开发更好的绝缘材料和新的安全措施。由于交流电可以经济地远距离传输电力，因此解决这些安全问题是值得的。

所以，大约在1887年，AC对电气工程师来说很有前途。然而，他们很快意识到他们面临着一个经济问题。理想情况下，一个空调系统应该覆盖整个城市，但这意味着电厂和电网将耗资数十万美元，为了抵消这笔投资，如果电厂能够每周7天、每天24小时供电就好了。为了做到这一点，工程师们意识到他们需要一种能在白天消耗电能的电机——这种电机可以用于有轨电车、工厂、电梯和各种应用。

特斯拉和交流电动机

在1887年的关键时刻，一项正确的发明出现了——一台交流电动机。

特斯拉于1856年出生在现今克罗地亚的一个塞尔维亚家庭。特斯拉的父亲是一名塞尔维亚东正教牧师，他希望儿子能追随他的脚步。然而，十几岁时，尼古拉被对科学的信仰所激励，转而在奥地利格拉茨的乔安娜理工学院(Joanneum Polytechnic School)学习工程学。

在格拉茨，特斯拉对开发一种新型电动机产生了兴趣。所有电动机都有两套电磁铁。一组是固定的(称为定子)，另一组安装在旋转轴上(称为转子)。调整电流馈电到每组可以创造类似的磁极面对对方的定子和转子。当这种情况发生时，两组磁铁互相排斥，电机的轴就会转动。

特斯拉的感应电动机处于潮流之战的中心。其创新的设计和由此带来的效率将在19世纪后期彻底改变电力行业。

在观看他的物理课上演示直流电机如何点火时，特斯拉建议去掉换向器(给电机转子供电的旋转开关)。他的物理教授认为他提出这样的想法是疯了，但特斯拉坚持了下来。在接下来的几年里，特斯拉对如何制造无火花发动机感到困惑。1882年，特斯拉住在布达佩斯，一次在城市公园散步时，他突发奇想。他没有改变转子中的磁极，而是设想在他的马达中使用旋转磁场。

在特斯拉之前，发明家们一直在设计电动机，使定子磁场保持恒定，转子磁场通过换向器改变。特斯拉的观点与标准做法相反。在他的电动机中，特斯拉通过在定子中的单个电磁铁上开关电流，从而产生一个旋转磁场，从而得到了完全正确的顺序。当定子内的磁场旋转时，它会在转子内产生一个相反的电场，从而使转子旋转。特斯拉在布达佩斯推测旋转磁场可以用交流电而不是直流电来产生，但当时他不知道如何做到这一点。

特斯拉的世界动力计划

特斯拉的巨型塔楼建于1901年，是早期的无线传输站。它于1917年被拆除。

特斯拉最著名的特斯拉塔位于长岛。1901年，摩根大通(J. P. Morgan)向特斯拉贷款15万美元，资助一项在全球范围内推广电力的计划。著名建筑师斯坦福·怀特(Stanford White)设计了这座主要的砖砌建筑，通过电缆传输到附近的塔和地下竖井之前，会产生电流波。在那里，这座塔就像一个巨大的特斯拉线圈，把电流增加到数百万伏，然后把它送入竖井，在地壳中传播。特斯拉相信，消费者会利用这些地下电流来为电灯和发动机供电。他还相信，每个人都会带一个小接收器，“不比怀表大”，可以接收新闻和电话。不幸的是，特斯拉无法获得更多的资金来继续他的工作。1905年，他精神崩溃，被迫将沃尔顿克利夫交给债权人。如今，在包括埃隆·马斯克(Elon Musk)在内的数千名特斯拉粉丝的支持下，特斯拉正在恢复运营。

在接下来的五年里，特斯拉努力学习完善他的马达所需要的实用知识。在布达佩斯帮助安装了一个电话交换机后，他搬到了巴黎，为欧洲主要城市安装照明系统的欧洲大陆爱迪生公司(Continental Edison Company)工作。1884年，特斯拉被转移到纽约的爱迪生机械厂。在那里，他与爱迪生几乎没有私人接触，并被分配了设计电弧照明系统的任务。在他的设计引发一场付款纠纷后，特斯拉愤然辞职。

特斯拉与来自新泽西州拉威的支持者合作，推出了自己的电弧照明系统，但该公司很快倒闭，特斯拉被迫从事挖沟工作。然而，在艰难的过程中，他收集了申请热磁马达专利所需的能量。这项发明引起了查尔斯·f·佩克和阿尔弗雷德·s·布朗的注意，他们在华尔街发了大财。

1886年，派克和布朗对特斯拉的发明很感兴趣，他们在曼哈顿市中心为特斯拉租用了一个实验室。

特斯拉致力于完善热磁马达，但当它被证明不可行时，派克鼓励他回到他的交流马达。基于他在布达佩斯的设想，特斯拉现在尝试在他的马达中使用几种交流电。由于西屋电气(Westinghouse Electric)和其他公司的工程师在他们的系统中只使用了一种交流电，因此他是一个特立独行的人。1887年，特斯拉发现，他可以通过将两股独立的交流电馈送给定子两侧成对的线圈，从而产生旋转磁场。现代工程师会说，特斯拉的马达是“两相电流”驱动的。特斯拉为自己终于能够让旋转磁场发挥作用而兴奋不已，他申请了广泛的专利，包括交流电机，以及多相交流可以远距离传输电力的想法。

由于交流电在远距离传输方面比直流电效率更高，因此西屋豪斯可以像上面的那种那样使用他的发电厂为更大范围的人们提供服务，而不是爱迪生的系统。

随着特斯拉推出了一款前景看好的交流电机，他的客户开始考虑如何推广这款电机。对于派克和布朗来说，游戏的目的不是制造特斯拉的汽车，而是把专利卖给出价最高的人。1888年，为了让特斯拉的马达获得更多的关注，佩克和布朗安排特斯拉在美国电气工程师学会(American Institute of Electrical Engineers)发表演讲。他们的计划成功了。讲座结束后，乔治·西屋电气以20万美元的价格购买了特斯拉的专利;以今天的美元计算，这笔交易将价值500万美元。

潮流之战

现在，西屋电气配备了一个可以为电灯和电动机供电的交流系统，热切地与他的主要竞争对手爱迪生电灯公司(Edison Electric Light Company)竞争。特别是，西屋电气追求的正是爱迪生直流系统无法服务的地方——人口分布广泛的城镇和城市的合同。利用制造铁路空气刹车和信号系统的财富，西屋电气在竞标合同时出价低于爱迪生。事实上，为了赶上爱迪生，西屋电气经常提出以低于成本的价格建造新电站。

西屋电气的策略吓坏了爱迪生。他出生在中西部，并在那里长大，对商业交易的看法很简单:应该向客户收取制造设备的实际成本，外加适度的利润。故意赔钱以削弱竞争对手似乎是不公平的。1888年，爱迪生失去了丹佛和明尼阿波利斯的主要照明合同，爱迪生的经理之一弗朗西斯·哈斯廷斯(Francis Hastings)决定采取报复行动，攻击西屋电气交流系统的安全。

随着第一批交流系统的安装，不可避免地会发生一些事故，在这些新系统中使用的较高电压会导致线人触电。在黑斯廷斯和爱迪生公司的一点鼓励下，报纸很快报道了这些可怕的交流事故。然而，为了加速这一进程，黑斯廷斯在哈罗德·p·布朗(Harold P. Brown)身上找到了一个心甘情愿的盟友。布朗是一名咨询工程师，不知何故被西屋电气(Westinghouse Electric)欺骗了，他急于报复。在爱迪生管理人员的支持下，布朗在新泽西州西奥兰治的爱迪生实验室为记者组织了示威活动，在示威中，流浪狗被用西屋电气的交流设备电死。

布朗最大的公开行动是安排AC被用于死刑。在纽约州，医生和改革家们开始担心绞刑是一种残忍的惩罚方式，他们正在寻找另一种行刑方法。布朗说服他们，用交流电触电比绞死更人道，于是他偷偷地买了一台用过的西屋电气交流电发电机。1890年，这台安装在奥本监狱的威斯汀豪斯(Westinghouse)机器被用来处决谋杀犯威廉·凯姆勒(William Kemmler)。自然，布朗和爱迪生公司确保头条新闻是凯姆勒被“AC致死”。

布朗本人曾向乔治·威斯汀豪斯挑战，要他在电压越来越高的情况下接受交流发电机的电击，而布朗则接受爱迪生直流电机的电击。也许是担心他的朋友西屋电气公司会接受这个挑战，特斯拉在1891年的演讲中决定用25万伏特的电压来演示交流电的安全性。由于他新发明的特斯拉线圈产生的电流频率很高，电流通过了特斯拉的身体表面，没有伤害到他的内脏器官。

为了配合这一宣传活动，爱迪生公司还在立法方面与西屋电气(Westinghouse)进行了斗争。爱迪生集团的代表游说了几个州的立法机构，要求将电力系统的最高电压限制在300伏以内，他们差一点就在弗吉尼亚州和俄亥俄州通过了相关法律。

AC优先

但当爱迪生公司在公众舆论的法庭上进行斗争时，西屋电气和特斯拉却在工程和商业领域占据了上风。首先，西屋电气公司决定在1893年芝加哥举行的世界哥伦比亚博览会上，通过向数万盏灯供电，戏剧性地展示其AC系统。游客们不仅被夜间灯光的美丽所吸引，而且越来越相信AC是未来的发展方向。

世界哥伦比亚博览会于1893年在芝加哥举行。来自全国各地的观众涌向密歇根湖畔，惊叹于美国的最新发明和发展趋势。

其次，与世界博览会同时，特斯拉还在幕后努力说服华尔街的金融家，让他们相信尼亚加拉瀑布(Niagara Falls)的一座大型水电站应该使用交流电向纽约州的各个城市输送电力。通过一系列的信件和会议，特斯拉说服了银行家，AC将允许他们为更广阔的地理区域提供电力。与此同时，特斯拉不断向西屋电气通报尼亚加拉项目的进展情况，以便西屋电气能够竞标设计和装备该电站的合同。为了表彰他对尼亚加拉大瀑布的贡献，银行家们邀请特斯拉在1896年庆祝该发电厂启用的宴会上发言。

为怀特城（芝加哥）供电

西屋和特斯拉的AC系统在哥伦比亚世界博览会上吸引了众多观众。

1893年，哥伦比亚世界博览会在芝加哥举行，以庆祝哥伦布到达新大陆400周年。它的200座建筑吸引了2700万游客，他们乘坐第一个摩天轮，在移动的人行道上旅行，用爱迪生的电影放映机看电影。被称为“白色城市”的博览会熠熠生辉的建筑，促使美国各地的城市规划者在进步时代用精致的市政厅、林荫大道和公园美化他们的城市。西屋电气成功获得了为博览会照明的合同，并为博览会的展馆设计了自己独特的灯具。为了给电灯供电，西屋电气安装了24台500马力发电机以及变压器和设备，以展示其系统的通用性和效率。

尼亚加拉事件后，美国电力工业的基本格局确立。在20世纪的大部分时间里，交流电是由投资者拥有的公用事业公司大规模生产和分配的，供企业和住宅用户使用。由于建造新电厂的资本成本如此之高，销售电力的边际利润如此之低，公用事业公司通常寻求建立更大的网络——首先跨越城市，然后是整个州，最后是覆盖多个州的地区。在此过程中，它们继续依赖于特斯拉和西屋电气率先开发的多相交流技术。