闪 电 大 师 - 特 斯 拉 作 者 : 张 天 蓉 物 理 教 材 中, 经 常 提 到 Tesla 的 地 方 是 在 电 磁 学 中, 度 量 磁 感 应 强 度 的 一 个 单 位 (T) 它 的 来 源 是 为 了 纪 念 美 籍 塞 尔 维 亚 电 气 工 程 师 尼 古 拉 特 斯 拉 (Nikola Tesla,1856-1943) 过 去, 特 斯 拉 的 故 事 鲜 为 人 知, 几 年 之 前, 这 个 快 要 被 遗 忘 了 的 天 才 突 然 不 知 被 哪 个 媒 体 发 掘 出 来, 成 了 众 人 心 中 的 科 技 之 神 特 斯 拉 坎 坷 的 一 生 本 来 就 颇 具 传 奇 性, 加 上 近 几 年 来 被 文 学 艺 术 人 士 及 传 媒 界 极 力 渲 染, 蒙 上 了 许 多 神 秘 色 彩 有 人 把 他 描 述 成 一 个 具 有 特 异 功 能 的 超 人, 甚 至 怀 疑 他 是 来 自 外 星 球 的 高 等 生 物, 又 怀 疑 地 球 上 发 生 的 许 多 神 秘 事 件, 都 与 他 的 研 究 有 关 等 等, 这 些 古 怪 离 奇 的 说 法, 实 在 太 吸 引 眼 球 了 不 管 特 斯 拉 是 人 还 是 神, 他 的 发 明 创 造 及 研 究 范 围 大 多 与 电 气 电 子 光 无 线 电 等 有 关 让 我 们 脱 去 特 斯 拉 的 神 秘 外 衣, 还 其 科 学 本 质! A 为 电 而 生 著 名 的 美 国 发 明 家 爱 迪 生 (1847-1931) 的 名 字 家 喻 户 晓 他 拥 有 超 过 一 千 多 项 的 发 明 专 利, 无 时 无 刻 不 在 造 福 于 人 类 家 家 户 户 都 有 的 电 灯 泡, 就 是 最 简 单 而 普 通 的 例 证 有 人 会 说, 如 果 没 有 爱 迪 生, 也 许 人 类 还 只 能 用 烛 光 照 亮 黑 夜 也 有 人 会 说, 如 果 没 有 爱 迪 生, 还 有 特 斯 拉 呢, 特 斯 拉 才 是 上 帝 派 给 人 类 的 普 罗 米 修 斯, 电 气 电 子 之 神! 还 有 人 会 说, 即 使 没 有 爱 迪 生 和 特 斯 拉, 还 会 有 别 的 什 么 人 啊, 人 类 社 会 是 一 定 会 向 前 发 展 的, 是 时 势 造 英 雄, 而 不 是 英 雄 造 时 势! 其 实, 历 史 没 有 如 果 在 无 线 电 通 信 和 电 力 系 统 发 展 的 过 程 中, 我 们 既 有 爱 迪 生, 又 有 特 斯 拉, 上 帝 给 人 类 派 来 了 两 位 伟 大 的 发 明 家 在 爱 迪 生 9 岁 的 那 一 年, 尼 古 拉 特 斯 拉, 随 同 一 道 闪 电 来 到 了 人 间 三 岁 时, 特 斯 拉 用 手 抚 摸 他 的 宠 物 猫, 突 然 看 到 一 道 细 微 闪 光 穿 过 手 掌 与 猫 之 间, 随 即 给 手 上 带 来 一 阵 奇 怪 的 麻 感 父 亲 告 诉 惊 魂 未 定 却 又 固 执 不 停 地 问 Why? 的 儿 子, 那 是 电, 和 天 空 打 雷 时 一 样 的 电! 小 特 斯 拉 心 里 想 : 和 打 雷 闪 电 一 样! 难 道 天 地 宇 宙 是 一 只 大 猫 吗? 如 果 是 一 只 大 猫, 又 是 谁 在 抚 摸 它 呢, 是 上 帝 吗? 太 多 的 疑 问, 纠 结 着 这 个 不 停 思 考 的 孩 子 从 此, 电 这 个 名 字, 深 深 地 刻 在 了 特 斯 拉 的 脑 海 中 ; 从 此, 孩 童 和 少 年 时 代 的 特 斯 拉 经 常 出 现 幻 觉, 眼 中 总 是 看 到 火 花 电 光 闪 烁 一 片
父 亲 希 望 他 将 来 做 牧 师, 特 斯 拉 却 暗 暗 立 志, 要 毕 生 研 究 电! 直 到 特 斯 拉 染 上 了 霍 乱, 这 一 场 大 病 动 摇 了 父 亲 有 关 儿 子 未 来 的 信 念, 成 就 了 特 斯 拉 的 梦 想, 从 此, 特 斯 拉 与 电 结 下 不 解 之 缘 从 用 旋 转 磁 场 的 方 法 改 进 马 达, 而 发 明 交 流 感 应 电 动 机 发 电 机, 到 后 来, 创 造 第 一 台 无 线 电 遥 控 机 发 明 推 广 交 流 电 体 系 发 明 特 斯 拉 线 圈 制 造 人 工 闪 电 研 究 全 球 无 线 供 电 系 统, 特 斯 拉 的 大 部 分 发 明 专 利, 都 与 电 有 关, 他 不 愧 为 是 电 气 化 领 域 的 先 驱, 是 一 个 为 电 而 生 的 天 才 B 电 流 大 战 1884 年, 特 斯 拉 带 着 他 的 美 国 梦, 从 巴 黎 来 到 纽 约, 一 路 上 钱 和 车 船 票 全 被 小 偷 偷 掉 了, 口 袋 里 只 剩 下 4 美 分, 他 慕 名 而 投 靠 到 已 经 大 名 鼎 鼎 的 爱 迪 生 门 下 两 年 前, 爱 迪 生, 这 个 新 泽 西 门 罗 公 园 的 奇 才, 用 他 的 白 炽 灯 泡 和 华 莱 士 的 直 流 发 电 机, 第 一 次 点 亮 了 曼 哈 顿! 那 是 1882 年 6 月 17 日 的 晚 上, 万 籁 俱 寂 悄 夜 无 声, 天 上 几 点 星 光 闪 烁, 曼 哈 顿 富 人 区 的 仆 人 们 正 在 慢 慢 地 一 盏 一 盏 点 亮 家 中 的 蜂 蜡 蜡 烛 和 煤 油 灯 突 然, 位 于 36 街 麦 迪 生 大 道 上 的 意 大 利 式 摩 根 豪 宅, 二 百 多 只 灯 泡 同 时 亮 了 起 来, 宝 石 一 般 柔 和 明 亮 的 灯 光, 像 奇 迹 一 样, 照 亮 了 这 位 开 明 的 华 尔 街 金 融 大 亨 新 家 的 每 个 角 落! 之 后, 爱 迪 生 的 直 流 供 电 系 统 从 曼 哈 顿 向 各 地 延 伸, 人 们 为 新 技 术 的 成 功 而 欢 呼 雀 跃 的 同 时, 也 被 它 带 来 的 危 险 和 不 便 所 困 惑 和 惊 吓 比 如,JP 摩 根 的 邻 居 布 朗 太 太, 受 不 了 摩 根 家 地 下 室 里 发 电 机 运 转 时 震 耳 欲 聋 的 声 音, 还 有 那 种 整 栋 房 屋 都 跟 着 发 抖 震 荡 摇 晃 的 恐 怖 感 觉 ; 路 人 们 也 抱 怨 那 些 成 天 往 外 冒 着 讨 厌 浓 烟 的 蒸 汽 机 污 染 了 空 气 ; 更 为 可 怕 的 是, 还 经 常 发 生 些 小 小 的 电 力 灾 难, 因 短 路 而 造 成 起 火 和 触 电 进 而 死 人 的 危 险 性, 让 人 们 对 这 个 新 技 术 既 爱 又 怕 耿 耿 于 怀 这 时, 正 好 来 了 个 特 斯 拉, 爱 迪 生 称 他 为 我 们 的 巴 黎 小 伙 子 爱 迪 生 立 刻 发 现 这 个 塞 尔 维 亚 裔 的 年 轻 古 怪 工 程 师 是 个 很 有 用 的 人 才, 便 委 以 重 任, 让 他 去 改 良 很 不 完 善 的 直 流 供 电 设 备, 并 口 头 承 诺 5 万 美 元 的 奖 赏 特 斯 拉 兢 兢 业 业 地 工 作, 不 到 一 年 就 设 计 出 了 24 种 不 同 的 机 器 来 取 代 旧 机 器 但 是 当 他 向 爱 迪 生 提 到 承 诺 的 奖 金 时, 得 到 的 却 是 爱 迪 生 轻 飘 飘 的 一 句 话 : 啊, 你 太 不 懂 我 们 美 国 式 的 幽 默! 还 不 仅 仅 如 此, 特 斯 拉 当 时 太 天 真 了, 实 际 上, 他 连 周 薪 从 18 美 元 涨 到 25 美 元 都 很 难 争 取 到, 却 异 想 天 开 地 指 望 爱 迪 生 会 给 他 几 万 美 元 的 奖 金, 这 不 是 天 方 夜 谭 吗?
更 令 特 斯 拉 不 快 的 是, 爱 迪 生 的 公 司 里, 没 有 一 个 人, 愿 意 接 受 他 关 于 交 流 电 的 看 法 和 建 议 要 知 道, 特 斯 拉 早 在 几 年 前 的 学 生 时 代, 就 在 脑 袋 中 完 成 了 有 关 交 流 感 应 发 电 机 的 构 想, 他 是 带 着 他 的 交 流 之 梦 来 找 爱 迪 生 的! 但 是, 正 如 历 史 屡 屡 证 实 的, 技 术 的 发 展 并 不 只 与 技 术 本 身 有 关 市 场 的 走 向 商 业 的 运 作 公 司 的 发 展 投 资 者 的 利 益, 诸 多 的 因 素 掺 杂 其 中 历 史 总 是 周 期 性 的 重 复 和 类 似 20 世 纪 末 21 世 纪 初, 世 界 上 演 了 一 场 互 联 网 大 战 而 在 100 多 年 之 前, 特 斯 拉 和 爱 迪 生 之 间 则 曾 经 有 一 场 电 流 大 战 图 1: 特 斯 拉 和 他 的 旋 转 磁 场 及 感 应 电 动 机 爱 迪 生 当 然 不 会 接 受 特 斯 拉 有 关 交 流 电 的 突 发 奇 想, 特 别 那 时 正 是 他 的 直 流 供 电 系 统 蒸 蒸 日 上 的 时 候, 爱 迪 生 本 人 也 已 经 因 此 而 腰 缠 万 贯, 变 成 了 一 个 众 星 捧 月 式 的 名 流 在 爱 迪 生 的 公 司 里, 特 斯 拉 实 现 不 了 他 的 交 流 电 之 梦, 又 被 爱 迪 生 不 遵 守 承 诺 而 激 怒 因 此, 特 斯 拉 一 气 之 下 便 辞 职 离 开 了 爱 迪 生 公 司 当 然, 为 自 己 鲁 莽 仓 促 的 决 定, 特 斯 拉 付 出 了 沉 重 的 代 价, 他 一 两 年 的 生 活 全 靠 体 力 劳 动 支 撑, 直 到 直 到 连 特 斯 拉 的 工 头 都 发 现, 这 个 塞 尔 维 亚 年 轻 人 不 仅 仅 是 一 个 普 通 的 认 真 干 活 的 工 人, 起 码 能 算 是 一 个 有 经 验 的 工 程 师 吧, 甚 至 像 是 一 位 电 学 专 家 因 此, 工 头 把 他 介 绍 给 自 己 认 识 的 大 人 物 终 于 有 一 天, 特 斯 拉 有 了 重 圆 电 子 梦 的 机 会, 他 在 自 由 街 87 号 有 了 他 的 第 一 个 电 气 实 验 室, 他 开 始 研 发 早 就 在 脑 海 里 完 成 多 次 的 整 套 交 流 供 电 设 备! 在 特 斯 拉 为 贫 困 所 趋 到 处 打 工 的 时 日 里, 交 流 电 和 直 流 电 的 电 流 之 战 已 经 悄 然 而 起, 这 场 战 争 是 从 来 自 匹 兹 堡 的 乔 治 威 斯 汀 豪 斯 (Westinghouse) 的 交 流 电 公 司 侵 犯 到 爱 迪 生 的 供 电 市 场 而 开 始 的 乔 治 威 斯 汀 豪 斯 (George Westinghouse, Jr.,1846-1914), 是 美 国 著 名 的 实 业 家 发 明 家, 西 屋 電 氣 的 创 始 人 1888 年 7 月 底, 特 斯 拉 带 着 交 流 电 方 面 的 多 项 专 利, 正 式 加 盟 威 斯 汀 豪 斯, 使 其 与 爱 迪 生 的 电 流 之 战 达 到 白 热 化
交 流 电 比 较 直 流 电, 在 发 电 和 配 电 方 面, 有 许 多 的 优 越 之 处, 这 也 是 为 什 么 特 斯 拉 所 发 明 的 三 相 交 流 电 及 其 感 应 电 机 设 备, 以 及 110 伏 特 60 赫 兹 的 供 电 标 准 在 美 国 等 国 家 沿 用 至 今 的 原 因 特 斯 拉 发 明 的 多 项 交 流 发 电 机 可 以 很 经 济 方 便 地 把 机 械 能 化 学 能 等 转 换 成 电 能 ; 交 流 电 系 统 利 用 电 磁 感 应 的 原 理, 建 造 变 压 器 后, 可 以 很 方 便 的 升 高 降 低 电 压, 达 到 远 距 离 传 输 的 目 的 因 为 在 高 压 的 情 形 进 行 传 输, 才 能 降 低 损 耗, 传 得 远 而 爱 迪 生 当 时 的 直 流 电, 只 能 以 较 低 的 功 率 和 电 压 发 电, 在 整 个 线 路 上, 每 隔 几 十 米 就 必 须 安 装 一 台 发 电 机 当 然, 从 物 理 的 角 度 看, 直 流 电 输 电 也 有 其 优 越 之 处 : 没 有 因 为 电 容 电 流 而 产 生 的 损 耗 ; 没 有 因 为 趋 肤 效 应 而 引 起 的 电 线 有 效 面 积 的 减 少 ; 不 需 要 交 流 输 电 的 同 步 调 整 等 等 交 流 电 最 独 特 的 优 势 是 容 易 变 压 因 为 传 输 的 损 耗 与 电 流 平 方 成 正 比, 所 以, 传 输 电 流 越 小, 损 耗 就 越 小 而 传 输 的 功 率 则 等 于 电 压 和 电 流 相 乘, 要 减 小 电 流 从 而 达 到 减 小 损 耗 的 目 的 的 话, 就 必 须 要 增 大 电 压, 才 能 将 同 样 数 值 的 功 率 传 输 到 用 户 端 比 如, 传 输 同 样 的 功 率, 如 果 电 压 加 倍, 电 流 则 减 半, 损 耗 则 减 到 四 分 之 一 并 且, 用 户 离 得 越 远, 就 需 要 将 传 输 电 压 升 得 越 高 交 流 电 容 易 变 压 的 特 点 正 好 适 合 这 种 低 消 耗 的 高 压 输 电, 使 用 结 构 简 单 的 变 压 器 即 可 将 电 压 升 至 几 千 至 几 十 万 伏 特, 传 送 到 几 百 公 里 之 外, 这 是 爱 迪 生 的 直 流 供 电 系 统 望 尘 莫 及 的 然 而, 爱 迪 生 为 了 商 业 的 利 益, 极 力 维 护 他 的 直 流 电 独 立 王 国, 用 尽 心 机 和 手 腕, 拼 全 力 拒 绝 和 诋 毁 交 流 电 最 后, 这 场 电 流 大 战 以 威 斯 汀 豪 斯 和 特 斯 拉 的 胜 利 爱 迪 生 的 失 败 而 告 终 当 时, 交 流 电 打 败 直 流 电 的 里 程 碑 有 两 件 大 事 : 一 是 1893 年 的 芝 加 哥 世 博 会 在 这 次 会 上, 威 斯 汀 豪 斯 的 西 屋 电 气 公 司 用 三 相 交 流 电 点 亮 了 十 几 万 只 灯 泡, 在 夜 晚, 将 整 个 博 览 会 照 耀 得 如 同 白 昼 一 般 特 斯 拉 则 在 这 个 世 界 性 博 览 会 上 第 一 次 为 电 子 展 品 开 设 的 展 区 中 出 尽 风 头 他 展 示 了 他 的 荧 光 灯 和 没 有 电 线 连 接 却 能 发 光 的 灯 泡 等 等 新 发 明, 还 有 通 电 后 就 能 旋 转 而 站 立 的 铜 蛋 ( 称 为 哥 伦 布 蛋 ), 特 斯 拉 以 此 向 人 们 说 明 他 的 感 应 电 动 机 和 旋 转 磁 场 的 原 理 交 流 电 的 另 一 个 具 历 史 意 义 的 事 件, 则 是 1896 年 11 月 在 尼 亚 加 拉 大 瀑 布 新 落 成 的 尼 亚 加 拉 水 电 站 这 个 电 站 使 用 了 3 套 5000 马 力 的 特 斯 拉 交 流 发 电 机, 成 功 地 将 电 力 送 到 35 公 里 之 外 的 布 法 罗 市 1895 年, 电 站 落 成 送 电 后, 各 媒 体 兴 奋 地 竞 相 报 道 : 电 闸 一 合 上, 汹 涌 澎 湃 的 瀑 布 便 流 向 了 山 巅 后 来, 人 们 在 尼 亚 加 拉 大 瀑 布 公 园 中 竖 起 一 尊 特 斯 拉 的 铜 像, 以 纪 念 他 对 人 类 电 气 化 事 业 的 无 私 奉 献, 因 为 特 斯 拉 放 弃 了 交 流 电 专 利 的 版 税, 到 老 年 弄 得 一 贫 如 洗
C 闪 电 大 师 的 神 秘 共 振 圈 爱 迪 生 为 了 诋 毁 交 流 电, 破 费 数 千 美 元 来 调 动 各 种 新 闻 手 段 到 处 宣 扬 高 压 交 流 电 的 危 险 性, 甚 至 人 为 地 制 造 交 流 电 事 故 他 建 立 了 一 个 实 验 室, 残 忍 地 将 特 意 抓 来 的 小 猫 小 狗 电 死 ; 他 买 通 纽 约 州 监 狱 的 官 员, 用 交 流 电 执 行 死 刑, 制 造 可 怕 的 景 象, 形 成 公 众 对 交 流 电 的 恐 惧 厌 恶 和 反 对 为 了 反 击 爱 迪 生, 说 明 高 压 交 流 电 在 正 确 使 用 情 形 下 的 安 全 性, 特 斯 拉 冒 着 生 命 危 险, 多 次 表 演 魔 术 一 样 的 交 流 电 试 验 他 身 着 软 木 鞋 晚 礼 服, 打 白 领 带, 头 戴 礼 帽, 双 手 接 通 电 路, 用 身 体 做 导 线, 全 身 闪 出 电 火 花, 人 们 被 这 一 表 演 惊 呆 了 表 演 时, 特 斯 拉 为 了 说 明 有 危 险 的 不 是 电 压 的 高 低, 而 是 电 流 的 大 小, 让 上 万 伏 的 高 频 电 压 通 过 自 己 的 身 体, 展 示 出 惊 人 的 放 电 效 应 图 2: 特 斯 拉 坐 在 闪 电 试 验 室 里 看 书 ( 右 图 : 特 斯 拉 坐 在 他 在 美 国 科 泉 市 的 实 验 室 内, 身 前 是 产 生 百 万 伏 电 压 的 放 大 发 射 机 这 是 一 张 多 重 曝 光 照 片, 摄 于 1899 年, 后 加 彩 色 ) 在 特 斯 拉 的 闪 电 试 验 中, 用 来 产 生 高 频 高 电 压 低 电 流 的 设 备 叫 做 特 斯 拉 线 圈, 是 特 斯 拉 最 重 要 的 发 明 之 一 特 斯 拉 线 圈 的 原 理 很 简 单, 实 际 上 就 是 一 台 利 用 共 振 原 理 的 变 压 器 而 已 收 音 机 中 调 谐 电 路 的 原 理 也 是 利 用 共 振, 但 是 使 用 的 目 的 不 一 样 特 斯 拉 用 它 来 方 便 地 产 生 超 高 电 压 超 高 频 率 但 又 是 超 低 电 流 的 交 流 电, 从 而 制 造 出 人 工 闪 电 的 效 果 直 到 现 在, 在 世 界 各 地 仍 有 很 多 特 斯 拉 线 圈 玩 家, 他 们 做 出 了 各 种 各 样 的 设 备, 制 造 出 惊 心 动 魄 又 美 丽 眩 目 的 闪 电 图 景 因 而, 特 斯 拉 不 愧 被 人 们 称 为 闪 电 大 师 不 过, 特 斯 拉 当 时 不 是 仅 仅 将 特 斯 拉 线 圈 用 于 玩 这 种 娱 乐 和 教 育 的 目 的 他 利 用 这 些 线 圈 进 行 了 多 项 创 新 实 验, 诸 如 研 究 高 频 率 的 交 流 电 现 象, 产 生 X 射 线, 并 用 于 电 疗 和 无 线 电 能 的 传 输, 等 等 采 用 特 斯 拉 线 圈 的 火 花 放 电 无 线 电 发 射 机, 被 广 泛 用 于 传 递 电 报 信
号 一 直 沿 用 到 上 世 纪 的 二 十 年 代, 火 花 放 电 发 射 机 才 被 真 空 电 子 管 的 无 线 电 发 射 机 所 取 代 共 振 的 现 象 在 日 常 生 活 中 司 空 见 惯, 比 如 乐 器 利 用 它 产 生 的 共 鸣 共 振 也 是 诸 位 在 初 中 时 候 就 学 到 了 的 简 单 物 理 道 理 共 振 时, 往 往 会 有 意 料 之 外 的 突 发 现 象 出 现 例 如, 在 1940 年, 美 国 华 盛 顿 州 的 的 塔 柯 姆 大 桥 因 大 风 引 起 的 共 振 而 塌 毁, 还 有 传 说 中 某 某 高 音 歌 唱 家 演 唱 时 震 碎 玻 璃 杯 的 故 事 等 等 电 共 振 这 个 简 单 现 象, 在 特 斯 拉 手 上 却 被 玩 出 了 很 多 花 样, 且 听 我 们 一 一 道 来 特 斯 拉 特 别 关 注 共 振, 也 源 自 于 他 年 轻 时 的 一 段 十 分 神 秘 的 经 历 据 他 自 己 的 叙 述 : 一 天 晚 上, 我 看 见 无 数 天 使 腾 云 而 来, 其 中 一 个 居 然 是 我 的 母 亲! 那 一 瞬 间, 我 心 中 升 起 一 股 莫 名 的 感 觉, 潜 意 识 告 诉 我 : 母 亲 去 世 了! 后 来 证 实, 这 是 真 的! 之 后, 特 斯 拉 用 共 振 来 解 释 这 次 幻 觉 的 出 现 他 认 为 是 因 为 他 和 母 亲 之 间 的 脑 电 波 达 到 了 共 振 而 产 生 的 心 灵 感 应! 不 管 他 的 理 论 正 确 与 否, 他 对 共 振 现 象 的 迷 恋, 引 导 他 走 向 了 特 斯 拉 线 圈 这 一 革 命 性 的 发 明 图 3: 特 斯 拉 线 圈 原 理 图 特 斯 拉 线 圈 的 原 理 如 图 3 右 图 所 示 首 先, 一 个 普 通 的 变 压 器 将 交 流 电 的 电 压 首 先 升 到 2 千 伏 以 上, 这 是 可 以 击 穿 空 气 而 放 电 的 电 压 初 级 线 路 中 的 电 容 C1 充 电 达 到 一 定 数 值 后, 距 离 几 毫 米 的 两 个 火 花 隙 之 间 便 产 生 放 电 放 电 使 得 初 级 线 圈 ( 圈 数 很 少 ) 和 电 容 C1 构 成 一 个 LC 振 荡 回 路, 产 生 高 频 振 荡 的 电 磁 波, 振 荡 频 率 通 常 在 100kHz 到 1.5MHz 之 间 最 右 边 是 次 级 回 路, 包 括 一 个 圈 数 很 多 的 次 级 线 圈 和 一 个 高 高 耸 在 顶 端 的 放 电 金 属 托 球 导 电 托 球 与 地 面 构 成 一 个 等 效 电 容 C2,C2 和 次 级 线 圈 的 电 感 也 形 成 一 个 LC 振 荡 回 路 当 初 级 回 路 和 次 级 回 路 的 LC 振 荡 频 率 相 等 时, 初 级 线 圈 发 出 的 电 磁 波 的 大 部 分 会 被 次 级 振 荡 回 路 吸 收, 使 得 放 电 顶 端 和 地 面 之 间 的 电 压 逐 渐 累 积 升 高 这 时, 如 果 人 体 靠 近 顶 端 的 托 球, 高 电 压 的 托 球 便 通 过 人 体 产 生 放 电, 形 成 很 小 的 电 流, 如 果 在 电 流 的 通 路 上 再 串 联
一 个 荧 光 灯 泡, 电 流 就 能 使 灯 泡 发 光 特 斯 拉 经 常 邀 请 投 资 人 和 好 朋 友 参 与 们 此 类 电 闪 雷 鸣 的 实 验 著 名 美 国 作 家 马 克 吐 温 对 这 类 实 验 总 是 自 告 奋 勇, 图 3 的 中 间 一 图, 便 是 马 克 吐 温 在 特 斯 拉 的 实 验 室 里 让 电 流 通 过 身 体 再 点 亮 荧 光 灯 时 所 拍 的 照 片 特 斯 拉 对 共 振 现 象 痴 迷, 还 可 从 另 外 一 件 传 说 的 趣 事 看 出 :1898 年, 特 斯 拉 在 纽 约 的 实 验 室 里 试 验 一 个 装 在 铁 杆 上 的 小 型 电 气 机 械 振 荡 器 他 在 逐 渐 缓 慢 地 调 整 振 动 频 率 的 过 程 中, 没 想 到 竟 然 使 整 栋 大 楼 都 颤 动 起 来 了, 甚 至 招 来 纽 约 警 察 冲 进 了 他 的 实 验 室, 他 才 赶 快 抡 起 锤 子, 砸 坏 了 这 个 该 死 的 振 动 装 置 D 真 正 无 线 电 之 梦 特 斯 拉 有 了 他 的 能 造 出 闪 电 的 线 圈 之 后, 进 一 步 突 发 奇 想 他 将 特 斯 拉 线 圈 的 线 路 进 行 一 定 的 改 动, 发 明 了 无 线 电 发 射 机 后 来 人 们 心 目 中 的 无 线 电 之 父, 是 意 大 利 物 理 学 家 马 可 尼, 但 实 际 上, 却 是 特 斯 拉 第 一 次 提 出 了 完 善 的 无 线 通 信 系 统 的 设 想 不 过, 特 斯 拉 并 不 仅 仅 满 足 于 只 是 无 线 地 传 递 信 号, 像 我 们 目 前 所 用 的 通 信 技 术 这 样 现 在, 人 类 有 了 无 线 的 电 传 电 话 视 频 网 络, 无 论 是 声 音 图 像 还 是 复 杂 的 数 据, 都 能 转 眼 就 传 到 千 里 之 外, 通 信 技 术 已 经 达 到 了 登 峰 造 极 的 水 平 但 是, 几 乎 所 有 的 家 用 电 器, 还 是 一 定 要 连 着 两 根 电 线, 以 接 通 电 源 即 使 是 小 到 能 装 在 口 袋 里 的 手 机 电 子 表, 也 少 不 了 其 中 那 个 关 键 的 元 件 : 电 池 换 句 话 说, 我 们 现 有 的 无 线 电, 只 是 传 输 信 号 时 无 线, 而 凡 是 与 能 量 有 关 的 传 输, 用 的 仍 然 是 由 导 线 传 输 的 交 流 电! 大 师 毕 竟 是 大 师, 我 们 现 在 每 天 所 享 受 到 的, 以 全 球 交 流 输 电 网 为 基 础 的 人 类 文 明, 是 特 斯 拉 在 一 百 多 年 前 发 明 的 我 们 现 在 还 做 不 到 的 事 情 - 无 线 输 电, 大 师 也 在 一 个 世 纪 之 前 就 为 我 们 想 到 了, 并 且, 重 要 的 是, 他 不 单 单 是 预 见 想 象, 还 为 此 奋 斗 终 生, 花 费 了 数 年 时 间 进 行 探 索 和 实 验, 试 图 造 出 全 球 无 线 输 电 系 统, 实 现 他 的 真 正 无 线 电 之 梦, 特 斯 拉 比 较 其 他 发 明 家 的 伟 大 之 处, 是 在 于 他 不 是 仅 仅 做 些 鸡 毛 蒜 皮 的 小 发 明, 而 考 虑 的 是 世 界 级 别 宇 宙 范 围 的 大 问 题 特 斯 拉 利 用 电 磁 共 振, 制 造 了 闪 电 发 明 了 无 线 电 通 信 震 动 了 大 楼 他 不 满 足, 他 还 要 用 他 的 电 磁 共 振, 来 控 制 气 象 消 灭 战 争, 用 他 的 无 线 输 电 来 造 福 人 类 他 要 把 整 个 地 球 和 电 离 层, 都 纳 入 他 的 特 斯 拉 共 振 线 圈 之 中 尽 管 当 今 的 无 线 电 通 信 使 用 的 也 是 他 的 专 利, 但 是, 他 对 于 无 线 输 电 构 想 的 基 本 原 理, 却 不 同 于 无 线 通 信 的 原 理 他 的 安 装 在 沃 登 克 里 夫 巨 塔 上 的 所 谓 放 大 发 射 机, 主 要 功 能 不 是 用 来 向 空 中 四 处 均 匀 地 发 射 电 磁 波, 那 种 远 场 方 式 发 射 的 电 磁 波 的 能 量, 将 随 着 距 离 的 增 大 而 很 快 衰 减, 特 斯 拉 认 为 那 是 一 种 浪 费 特 斯 拉 感 兴 趣 的 是 发 射 时 的 近 场 电 磁 波 效 应, 这 种 近 场 电 磁 波 可 以 诱 发 地 球 和 电 离 层 之 间 的 巨 大 电 容 所 参 与 的 全 球 电 振 荡 然 后, 特 斯 拉 的 目 的 是 要 让 地 球 这 个 巨 大 的 电 容 器 储 存 他 的 放 大 发 射 机 发 出 的 电 能 换 言 之, 巨 塔 天 线 发 射 出 来 的 某 种
频 率 的 振 荡 能 量, 以 表 面 电 流 ( 或 电 磁 波 ) 的 形 式, 沿 着 地 球 表 面 环 形 流 动 即 使 暂 时 没 有 接 收 器 与 其 共 振, 这 个 能 量 也 不 会 损 耗, 或 者 是 只 有 很 小 的 损 耗 如 果 有 了 接 收 器, 电 能 便 从 巨 塔 天 线 传 输 到 接 收 器 以 上 叙 述 的 特 斯 拉 无 线 传 输 电 能 的 想 法, 类 似 于 交 流 电 传 输 过 程 中 的 无 功 功 率 部 分, 交 流 电 在 电 感 电 容 之 间 来 回, 这 对 于 传 输 是 必 要 的, 但 如 果 没 有 负 载 的 话, 电 磁 能 并 没 有 转 换 成 其 他 形 式 的 能 量 特 斯 拉 的 无 线 传 输 电 能 的 思 想 也 是 这 样, 发 射 机 在 地 球 与 电 离 层 之 间 建 立 起 大 约 8 赫 兹 的 低 频 共 振, 只 与 天 地 谐 振 腔 交 换 无 功 能 量 放 大 发 射 机 发 出 电 能, 然 后 传 输 储 存 在 地 球 磁 场 中, 直 到 在 地 球 的 另 一 个 地 点, 有 一 个 接 收 器 与 这 个 频 率 产 生 共 振 那 时, 接 收 器 因 为 共 振 而 将 能 量 吸 收 过 来, 达 到 输 电 的 目 的 特 斯 拉 甚 至 还 进 一 步 的 构 想 : 接 收 器 接 收 到 的, 还 有 可 能 不 仅 仅 是 从 人 造 的 发 射 器 中 送 来 的 能 量, 也 许 还 附 加 上 一 点 地 球 磁 场 中 原 来 的 能 量? 这 样 想 下 去, 有 点 像 是 个 永 动 机 模 型 了 实 际 上, 特 斯 拉 的 确 认 为, 宇 宙 本 身 就 是 一 个 永 动 机 特 斯 拉 做 着 黄 梁 美 梦, 还 付 诸 于 实 践, 为 了 未 来 的 人 类 能 用 上 免 费 能 源! 特 斯 拉 说 : 我 们 需 要 发 展 从 永 不 枯 竭 的 资 源 中 获 取 能 量 的 手 段, 人 类 最 重 要 的 进 步, 仰 赖 于 科 技 发 明, 而 发 明 创 新 的 终 极 目 的, 是 完 成 对 物 质 世 界 的 掌 控, 驾 驭 自 然 的 力 量, 使 之 符 合 人 类 的 需 求 图 4: 特 斯 拉 的 全 球 无 线 输 电 计 划 无 论 如 何, 当 马 可 尼 使 用 特 斯 拉 的 多 项 无 线 电 专 利, 成 功 地 在 英 国 进 行 了 5 公 里 范 围 内 的 无 线 信 号 传 输 时, 我 们 伟 大 的 发 明 家, 来 到 了 科 罗 拉 多 州 的 科 泉 市 (Colorado Springs), 展 开 他 的 一 系 列 秘 密 实 验 据 说 科 泉 市 是 美 国 闪 电 雷 鸣 最 多 的 地 方 特 斯 拉 认 为, 闪 电 就 是 大 自 然 进 行 无 线 输 电 的 一 个 例 子 闪 电 发 生 的 那 个 瞬 间, 空 气 分 子 被 高 电 压 离 子 化 而 成 为 导 体, 强 大 的 电 能 从 一 个
地 方 传 送 到 另 外 一 个 地 方 现 在, 我 们 既 然 能 人 工 地 做 出 闪 电, 也 就 能 在 不 远 的 将 来, 做 出 人 工 无 线 输 电! 因 此, 特 斯 拉 在 科 泉 市 建 造 了 一 个 巨 大 的 特 斯 拉 线 圈, 一 架 145 英 尺 的 天 线 从 屋 顶 上 高 耸 入 云, 天 线 顶 端 有 一 个 铜 箔 圆 球 ( 图 4 的 左 图 ) 就 此, 特 斯 拉 开 始 了 他 的 全 球 电 磁 谐 振 的 首 次 试 验 特 斯 拉 对 实 验 结 果 很 满 意, 得 到 了 对 地 球 电 性 能 的 一 些 结 论, 作 为 无 线 能 量 传 输 的 基 础 比 如, 特 斯 拉 根 据 实 验 结 果 计 算 出, 地 球 和 电 离 层 的 谐 振 频 率 约 为 8 赫 兹, 这 与 几 十 年 后 其 他 人 的 实 验 研 究 结 果 完 全 一 致! 1901 年, 特 斯 拉 得 到 金 融 大 亨 J.P. 摩 根 的 赞 助, 在 纽 约 长 岛 建 造 了 他 的 沃 登 克 里 弗 塔, 开 始 他 的 实 现 大 西 洋 两 岸 无 线 输 电 之 梦 ( 见 图 4) 不 幸 的 是, 这 项 工 程 两 年 之 后 因 为 摩 根 将 投 资 转 向 马 可 尼 而 停 止 后 来, 特 斯 拉 破 产,1917 年 战 争 期 间, 美 国 政 府 以 安 全 为 名 炸 毁 拆 除 了 沃 登 克 里 弗 塔, 致 使 特 斯 拉 的 全 球 无 线 输 电 宏 伟 计 划 胎 死 腹 中! 晚 年 的 特 斯 拉, 孤 僻 落 寞 一 贫 如 洗, 靠 喂 鸽 子 吃 救 济 来 打 发 时 日 他 没 钱 再 做 实 验, 脑 中 却 仍 然 奇 想 不 断 除 了 进 一 步 思 考 他 的 无 线 输 电 梦 想 计 划 之 外, 特 斯 拉 还 到 各 盟 国 游 说 他 的 死 亡 射 线 之 类 的 新 式 武 器 不 过, 他 在 公 众 的 心 目 中, 已 经 逐 渐 不 再 是 敢 想 敢 干 的 发 明 大 师, 而 更 像 是 一 个 想 入 非 非 的 科 技 幻 想 家 了 还 有 几 件 颇 具 讽 刺 意 义 的 事 件 : 一 是 马 可 尼 使 用 特 斯 拉 的 无 线 电 专 利, 成 功 地 实 现 无 线 通 信 的 越 洋 传 输, 后 来 得 到 1909 年 的 诺 贝 尔 物 理 奖 ; 二 是 有 传 言 说, 特 斯 拉 和 爱 迪 生 曾 经 拒 绝 分 享 1915 年 的 诺 贝 尔 物 理 奖, 因 而 最 后 此 奖 颁 给 了 布 拉 格 ; 另 外 一 件 事 情 是, 特 斯 拉 和 Westinghouse 当 年 共 同 与 爱 迪 生 进 行 交 流 直 流 的 战 争, 但 后 来, 两 人 都 曾 经 被 授 予 过 爱 迪 生 奖 章 1943 年 1 月 7 日, 特 斯 拉 孤 独 地 死 于 纽 约 一 间 残 旧 的 旅 馆 中 参 考 资 料 : [1] John Patrick Barrett, Electricity at the Columbian Exposition. R.R. Donnelley 1894 (World's Columbian Exposition, 1893, Chicago, Ill.) Page 168 169 [2] Cheney, Margaret, "Tesla: Man Out of Time", 1979. [3] 光 电 帝 国 (Empires of Light) 中 译 本, 作 者 : 吉 尔. 琼 斯, 译 者 : 吴 敏, 中 信 出 版 社, 2006.
[4] The New York Journal, Sunday, August 8, 1897 : "Tesla Has Fired the Spark Flashed Round the World" [5] New York American, May 22, 1904: Tesla's Tower [6] Tesla - Master of Lightning (Vedio) http://www.youtube.com/watch?v=cg7newnn1e4 加 中 文 字 幕 :http://v.youku.com/v_show/id_xmtkxnje5nzqw.html [7] Nikola Tesla On His Work With Alternating Currents and Their Application to Wireless Telegraphy, Telephony and Transmission of Power http://www.tfcbooks.com/tesla/nt_on_ac.htm [8] Tesla Presents series, Part 1, Leland I. Anderson, Editor,ISBN-13: 978-1-893817-01-2 ISBN-10: 1-893817-01-6, Pub. Date: 2002 [9] MIT research on wireless energy transmission (2006): http://www.mit.edu/~soljacic/wireless_power.html