尼古拉·特斯拉在他的科羅拉多斯普林斯實驗室與他的放大發射器,1899年
即使在19世紀末的許多偉大和創新的思想家中,發現旋轉磁場的塞爾維亞裔美國發明家尼古拉·特斯拉(Nikola Tesla)也因其對科學巨大的貢獻脫穎而出。
在他多產的一生中,特斯拉申請了至少278項專利。以下是他最值得注意的一些發明。
1. 特斯拉線圈
特斯拉線圈可能是特斯拉最著名的發明之一,也是他最壯觀的發明之一,是他雄心壯志的產物,即創建一個可以無線傳輸電力的系統。
該系統由兩部分組成,初級和次級線圈,兩者都有自己的電容(存儲電能,如電池)。初級線圈連接到電源,從中接收大量電荷,直到電荷破壞兩個線圈之間空間中的空氣阻力(稱為火花隙)。這會產生一個磁場,該磁場很快就會坍塌,在次級線圈中產生電流。火花電壓每秒在兩個線圈之間壓縮數百次,為次級線圈的電容充電,直到它在壯觀的電流螺栓中迸發。
特斯拉線圈的實際用途有限,但它改變了我們對電力的理解,許多20世紀最重要的電氣創新,包括電視和收音機,都採用類似的技術。
特斯拉線圈在尼古拉·特斯拉的科羅拉多斯普林斯實驗室,1899年12月。
2. 特斯拉渦輪機
受到活塞發動機在汽車中取得的巨大成功的啟發,特斯拉決定開發自己的渦輪式發動機。也被稱為邊界層渦輪機和內聚型渦輪機,特斯拉的渦輪機在設計上是與眾不同的。與傳統渦輪機不同,特斯拉的設計是無葉片的,而是採用在缸室中旋轉的光滑圓盤來產生運動。
特斯拉的尖端渦輪發動機從未真正流行起來,儘管它與傳統渦輪機相比具有明顯的優勢。它的設計不僅適應性強,而且比葉片渦輪機更便宜,而且效率也令人印象深刻,可提供3,600 rpm的轉速併產生675馬力的功率。
3. 收音機
你可能會想等一下,古列爾莫·馬可尼不是發明了收音機嗎?好吧,事實證明,馬可尼的說法至少是值得商榷的。事實上,特斯拉使用他的線圈在19世紀90年代中期在無線電信號的傳輸和接收方面取得了有希望的進步,直到馬可尼在1896年獲得了第一個無線電報專利。
1895年初,特斯拉準備將一個無線電信號從曼哈頓南第五大道33號和35號的實驗室向紐約西點軍校發送50英里,但災難在他的突破性測試完成之前發生了:一場建築大火摧毀了特斯拉的實驗室,帶走了一切工作成果。一年後,馬可尼在英國獲得了他的第一個無線電報專利。
古列爾莫·馬可尼與他早期的無線無線電報發射器和接收器,1897年
4. 放大發射器
像特斯拉的許多工作一樣,放大發射器是他的特斯拉線圈技術的擴展。1899年,他在科羅拉多斯普林斯建立了一個實驗室,他有空間和資源來製造迄今為止最大的特斯拉線圈。他稱這個三線圈系統為放大發射器。它的直徑為52英尺,產生了數百萬伏特的電力,併產生了130英尺長的閃電。
5. 感應電機
與特斯拉的許多創新一樣,感應電機的發明受到質疑。在這種情況下,特斯拉將意大利發明家伽利略·法拉利斯(Galileo Ferraris)帶到了崗位上,後者或多或少同時開發了相同的技術。雖然法拉利首先提出了他的電機概念,該電機使用電磁感應來旋轉其轉子,但特斯拉在意大利之前申請了他的專利。
6. 交流電
可以說,特斯拉對人類的最大貢獻是他對交流電(AC)發展的影響。嚴格來說,也許它不應該出現在他的發明清單中,但毫無疑問,他的技術在交流電成為世界上佔主導地位的電氣系統方面發揮了重要作用。
特斯拉對AC的熱情遭到了托馬斯·愛迪生(Thomas Edison)的強烈質疑,特斯拉在19世紀80年代為他工作,他強烈支持DC。愛迪生認為交流電比直流電更危險,隨之而來的是一場非常公開的“電流之戰”,AC最大的冠軍喬治·西屋電氣(George Westinghouse)在他的完全集成的交流系統中使用了特斯拉的感應電機。儘管愛迪生反對,但西屋電氣對AC的信念最終得到了證實。
7. 水力發電
特斯拉與喬治·威斯汀豪斯合作的最令人印象深刻的產品之一無疑是亞當斯發電站,這是世界上第一座水力發電廠。這個創新的強國實現了一個長期存在的希望,即北美最壯觀的自然奇觀之一尼亞加拉大瀑布的強大力量可以被利用。該項目是由國際尼亞加拉大瀑布委員會組織的競賽的間接結果,旨在找到一個能夠成功做到這一點的計劃。
比賽吸引了來自世界各地的參賽作品,包括一項由愛迪生認可的直流輸電提案。但委員會的領導人開爾文勛爵對西屋電氣在1893年芝加哥世界博覽會上展示的交流電印象深刻,他要求西屋電氣和特斯拉開發一種交流輸電解決方案。
該項目被證明是具有挑戰性和昂貴的,但儘管投資者越來越懷疑,特斯拉從未懷疑它最終會被證明是成功的。最終,在1896年11月16日,該站被激活,革命性的亞當斯發電廠變壓器房產生的電力開始湧入紐約州布法羅。不久之後,又建造了十台發電機,工廠的能源被用於紐約市的電氣化。
1905年,尼亞加拉大瀑布愛德華·迪恩·亞當斯發電廠的西屋電氣公司發電機。
8. 陰影圖
特斯拉研究的另一個領域可能受到1895年摧毀他紐約實驗室的大火的遏制,涉及X射線技術的出現。著名的德國科學家威廉·康拉德·倫琴(Wilhelm Conrad Röntgen)於同年11月8日開發了第一張X射線,這一突破性的成就為他贏得了1901年的首屆諾貝爾獎。
受到倫琴X射線的啟發,特斯拉重新燃起了自己的興趣,並使用真空管開發了暗影圖。他拍攝的一隻腳的鞋子的照片,製作於1896年,被認為是美國第一張X光片。
9. 霓虹燈
霓虹燈是特斯拉推進而不是發明的技術的另一個例子。法國人喬治·克勞德(Georges Claude)在1910年的巴黎車展上展示了一對38英尺長的霓虹燈管,從而迎來了霓虹燈時代。但是,類似於霓虹燈照明的東西是在19世紀中葉由德國玻璃吹制者和物理學家海因里希·蓋斯勒(Heinrich Geißler)在幾十年前開發的,他通過充滿氬氣等氣體的玻璃管來產生類似霓虹燈的效果。
特斯拉擁有蓋斯勒的幾個管子,並觀察到它們在他調整線圈頻率時連續點亮。這一偶然的發現極大地意識到了他對無線能源的興趣。1893年,他在芝加哥世界博覽會上展示了一系列放電燈,這些放電燈無需電極或電線供電即可點亮。
10. 特斯拉閥
特斯拉非凡的遺產在他去世近80年後繼續結出碩果。就在2021年,科學家重新審視了他1920年獲得專利的“vavular導管”,他們為特斯拉的百年設計確定了各種新應用。雖然特斯拉顯然以他在電流和電路方面的工作而聞名,但閥門是他的天才應用於不同科學領域的一個有趣的例子。
該設備沒有移動部件,具有一系列相互連接的淚滴形環,為液體的正向流動提供清晰的路徑,同時限制反向流動的速度。人們認為,重新設計的特斯拉閥版本可以為傳統的止回閥提供有效的替代方案,從而可以在不需要移動部件的情況下控制流量。
END