Nikola Tesla đã thay đổi cách chúng ta sử dụng năng lượng như thế nào?

Khi bạn bật một công tắc và một chiếc đèn chiếu sáng căn phòng, bạn có thể không nghĩ nhiều đến cách thức hoạt động của nó - hoặc cho những người đã làm cho điều đó thành hiện thực. Nếu buộc phải thừa nhận thiên tài đằng sau chiếc đèn, bạn có thể kể tên Thomas Alva Edison, người phát minh ra bóng đèn sợi đốt . Nhưng người có tầm ảnh hưởng lớn - có lẽ còn hơn thế nữa - là một người có tầm nhìn xa mang tên Nikola Tesla .

Tesla đến Hoa Kỳ vào năm 1884, ở tuổi 28, và đến năm 1887 đã nộp một loạt bằng sáng chế mô tả mọi thứ cần thiết để tạo ra điện bằng dòng điện xoay chiều , hoặc AC. Để hiểu được tầm quan trọng của những phát minh này, bạn phải hiểu lĩnh vực phát điện vào cuối thế kỷ 19 như thế nào. Đó là một cuộc chiến của các dòng chảy - với Tesla đóng vai trò là một vị tướng và Edison đóng vai trò là vị tướng đối lập.

Nhà nước điện năm 1885

Edison công bố chiếc đèn sợi đốt bằng điện của mình với công chúng vào tháng 1 năm 1880. Ngay sau đó, hệ thống điện mới do ông sáng chế đã được lắp đặt tại Quận 1 của Thành phố New York . Khi Edison bật công tắc trong một cuộc trình diễn công khai về hệ thống vào năm 1881, đèn điện sáng lấp lánh - và giải phóng nhu cầu chưa từng có về công nghệ hoàn toàn mới này. Mặc dù những công trình lắp đặt ban đầu của Edison đã yêu cầu hệ thống dây điện ngầm, nhu cầu lớn đến mức các khu vực của thành phố nhận điện từ những sợi dây lộ ra ngoài treo trên xà ngang bằng gỗ. Đến năm 1885, việc tránh các mối nguy hiểm về điện đã trở thành một phần thường ngày của cuộc sống thành phố, đến nỗi Brooklyn đặt tên cho đội bóng chày của mình là Dodgers vì cư dân của nó thường tránh những cú sốc từ đường ray xe đẩy chạy bằng điện [nguồn: PBS ].

Hệ thống Edison sử dụng dòng điện một chiều , hoặc DC. Dòng điện một chiều luôn chạy theo một chiều và do máy phát điện một chiều tạo ra. Edison là một người ủng hộ trung thành của DC, nhưng nó có những hạn chế. Điều lớn nhất là thực tế là DC rất khó để truyền một cách kinh tế trên một khoảng cách xa. Edison biết rằng dòng điện xoay chiều không có hạn chế này, nhưng ông không nghĩ rằng dòng điện xoay chiều là một giải pháp khả thi cho các hệ thống điện thương mại. Elihu Thomson, một trong những hiệu trưởng của Thomson-Houston và là đối thủ cạnh tranh của Edison, tin khác. Năm 1885, Thomson phác thảo một hệ thống điện xoay chiều cơ bản dựa vào các đường dây tải điện cao thế để truyền tải điện năng đi xa nơi nó được tạo ra. Bản phác thảo của Thomson cũng chỉ ra sự cần thiết của một công nghệ để giảm điện áp tại điểm sử dụng. Được biết đến như một máy biến áp, công nghệ này sẽ không được phát triển đầy đủ để sử dụng cho mục đích thương mại cho đến khi Công ty Điện lực Westinghouse làm như vậy vào năm 1886.

Ngay cả với sự phát triển của máy biến áp và một số thử nghiệm thành công của hệ thống điện xoay chiều, vẫn còn thiếu một mắt xích quan trọng. Liên kết đó là động cơ AC. Trên trang tiếp theo, chúng ta sẽ xem xét cách Tesla tạo ra kết nối.

 

Nội dung

1. Tia lửa thiên tài của Tesla
2. AC / DC
3. Nikola Tesla đã thay đổi cách chúng ta sử dụng năng lượng như thế nào?: Ghi chú của tác giả
4. Nikola Tesla Thay đổi cách chúng ta sử dụng năng lượng: Cheat Sheet

Trong khi Edison nỗ lực để thương mại hóa đèn điện của mình, Tesla đã giải quyết một vấn đề khiến ông tò mò từ khi còn là sinh viên tại Trường Bách khoa Joanneum ở Graz, Áo. Trong khi một sinh viên ở đó, Tesla đã xem một cuộc trình diễn về máy phát điện Gramme . Máy phát điện là một máy phát điện sử dụng cổ góp - các tiếp điểm gắn trên trục của máy - để tạo ra dòng điện một chiều thay vì dòng điện xoay chiều. Tesla đã đề cập với người hướng dẫn của mình rằng có thể loại bỏ cổ góp, thứ phát ra khủng khiếp khi máy nổ hoạt động. Đề xuất này mang lại sự chế nhạo từ giáo viên của mình, nhưng nó đã thu hút trí tưởng tượng của Tesla.

Năm 1881, Tesla có một ý tưởng đầy cảm hứng: Điều gì sẽ xảy ra nếu người ta thay đổi từ trường trong stato của một máy phát điện thay vì thay đổi các cực từ của rôto? Đây là một khái niệm mang tính cách mạng làm thay đổi quy ước. Trong máy phát điện truyền thống, stato đứng yên cung cấp một từ trường không đổi, trong khi một tập hợp các cuộn dây quay - rôto - quay trong từ trường đó. Tesla thấy rằng nếu sự sắp xếp này bị đảo ngược, cổ góp có thể bị loại bỏ.

Tất nhiên, việc đưa ý tưởng này thành hiện thực sẽ mất nhiều năm làm việc. Tesla bắt đầu vào năm 1882 khi đang làm việc tại Công ty Continental Edison ở Paris. Vào ban ngày, anh sẽ lắp đặt hệ thống đèn sợi đốt dựa trên hệ thống điện DC của Edison. Khi rảnh rỗi, anh ấy sẽ thử nghiệm các thiết kế động cơ AC. Điều này diễn ra trong hai năm, cho đến khi Tesla chuyển đến Edison Machine Works ở thành phố New York. Theo một số tài khoản, Tesla đã mô tả ý tưởng của mình về AC cho nhà phát minh nổi tiếng người Mỹ, nhưng Edison tỏ ra không quan tâm. Thay vào đó, ông đã yêu cầu Tesla cải tiến các nhà máy phát điện một chiều hiện có. Tesla đã làm như vậy, chỉ để thất vọng khi Edison không trả lương xứng đáng cho anh ta. Tesla nghỉ việc, và con đường của hai người đàn ông vĩnh viễn khác nhau.

Sau khi đào mương và vướng vào một thương vụ làm ăn tồi tệ, Tesla cuối cùng đã nhận được sự hỗ trợ tài chính từ Charles Peck, một luật sư và Alfred S. Brown, một giám đốc của Western Union. Peck và Brown đã giúp Tesla thành lập một phòng thí nghiệm cách phòng thí nghiệm của Edison ở Manhattan chỉ vài dãy nhà, đồng thời khuyến khích kỹ sư trẻ hoàn thiện động cơ AC của mình. Tesla đã làm được điều đó, tạo ra thứ mà sau này gọi là động cơ cảm ứng nhiều pha . Thuật ngữ đa pha dùng để chỉ động cơ dựa trên nhiều dòng điện xoay chiều, không chỉ một dòng điện. Thuật ngữ cảm ứng đề cập đến quá trình theo đó nam châm stato quay tạo ra dòng điện trong rôto. Động cơ ban đầu của Tesla là phiên bản hai pha có một stato với hai cặp nam châm , một cặp cho mỗi hai pha của AC.

Năm 1887, Tesla đã đệ đơn xin bảy bằng sáng chế của Hoa Kỳ mô tả một hệ thống AC hoàn chỉnh dựa trên động cơ cảm ứng của ông và bao gồm máy phát điện, máy biến áp, đường dây tải điện và hệ thống chiếu sáng. Vài tháng sau, Tesla đã có một bài giảng về hệ thống mới mang tính cách mạng của mình cho Viện Kỹ sư Điện Hoa Kỳ. Bài giảng đã gây ra một sự xúc động và, mặc dù một chiến dịch chống lại dòng điện xoay chiều do Edison khởi xướng, đã thuyết phục nhiều chuyên gia rằng hệ thống điện xoay chiều không chỉ là khả thi - nó còn vượt trội hơn nhiều so với DC.

Để đưa một ý tưởng hay ra thị trường, cần phải có một số ảnh hưởng. Trong trường hợp này, ảnh hưởng đến từ một nhà phát minh đã làm nên tài sản trong ngành đường sắt. Đọc thêm về sự ủng hộ của anh ấy đối với công việc của Tesla trên trang tiếp theo.

­

George Westinghouse, người có công ty điện riêng đang vật lộn để tìm ra các chi tiết của một hệ thống điện xoay chiều thành công, đã nghe về bài giảng năm 1888 của Tesla và ngay lập tức bị thu hút. Khi Peck và Brown tiếp cận Westinghouse về việc thương mại hóa các phát minh của Tesla, doanh nhân chịu trách nhiệm về phanh hơi đường sắt đã đưa ra một đề nghị hào phóng. Anh ta đồng ý trả 25.000 đô la tiền mặt, cũng như 50.000 đô la tiền giấy và một khoản tiền bản quyền nhỏ cho mỗi mã lực điện bắt nguồn từ động cơ.

Westinghouse đã mang các phát minh của Tesla trở lại Pittsburgh, Penn., Nơi ông hy vọng sẽ sử dụng công nghệ này để cung cấp năng lượng cho xe điện của thành phố. Tesla đã làm theo và với tư cách là một nhân viên của Công ty Điện lực Westinghouse, đã tham khảo ý kiến ​​về việc triển khai. Dự án không diễn ra suôn sẻ và Tesla thường xuyên chiến đấu với các kỹ sư của Westinghouse. Tuy nhiên, cuối cùng, mọi người đã cùng nhau đưa ra công thức đúng: hệ thống xoay chiều dựa trên dòng điện ba pha, 60 chu kỳ. Ngày nay, hầu hết các công ty điện lực ở Hoa Kỳ và Canada đều cung cấp dòng điện 60 chu kỳ, có nghĩa là AC hoàn thành 60 lần đổi hướng trong một giây. Đây được gọi là tần số của hệ thống.

Vào đầu những năm 1890, Edison và những người ủng hộ DC cảm thấy bị đe dọa thực sự. Họ tiếp tục tuyên bố rằng AC là nguy hiểm và chỉ ra một vụ điện giật thảm khốc vào năm 1890 để làm bằng chứng. Nhưng họ bị giáng một đòn nặng vào năm 1893, khi Westinghouse thắng thầu để chiếu sáng Hội chợ Thế giới Chicago. Đối thủ của ông là General Electric (GE), công ty được thành lập bởi sự hợp nhất giữa Edison General Electric và Thomson-Houston. GE là nhà sản xuất ngọn đuốc hàng đầu cho nguồn điện dựa trên DC. Westinghouse đã thắng thầu về chi phí, nhưng khi Tổng thống Grover Cleveland bật công tắc để thắp sáng 100.000 bóng đèn sợi đốt khắp các khu vực hội chợ, rất ít người nghi ngờ tính ưu việt của nguồn điện xoay chiều.

Westinghouse đã xoa dịu nhiều nghi ngờ còn sót lại vào năm 1895 bằng cách thiết kế một nhà máy thủy điện tại Niagara Falls kết hợp tất cả những tiến bộ đạt được trong AC. Lúc đầu, nhà máy chỉ cung cấp điện cho Buffalo, New York. Nhưng không lâu trước khi quyền lực được truyền đến Thành phố New York, giúp củng cố Broadway là Con đường Trắng vĩ đại trong trí tưởng tượng của công chúng.

Vào thời điểm này, Tesla đã rút lui khỏi các chi tiết hàng ngày của các nhà máy điện và triển khai thực tế của AC. Anh ấy đã chuyển trở lại Thành phố New York, nơi anh ấy mở một phòng thí nghiệm mới, nơi anh ấy có thể khám phá những ý tưởng, máy móc và thiết bị khác. Nhiều phát minh trong số này không liên quan đến sản xuất điện hoặc điện. Nhưng tác động của ông đối với lĩnh vực kỹ thuật điện là rất lớn. Trên thực tế, có thể nói rằng động cơ xoay chiều và hệ thống điện xoay chiều nhiều pha của Tesla đã chiến thắng trong cuộc chiến về dòng điện bởi vì chúng là nền tảng của tất cả việc phát và phân phối điện hiện đại. Tuy nhiên, dòng điện một chiều - con của Edison - không biến mất hoàn toàn. Nó vẫn vận hành hệ thống điện ô tô, đầu máy và một số loại động cơ.

Để biết thêm thông tin về điện và các ý tưởng chiếu sáng khác, hãy truy cập các liên kết trên trang tiếp theo. 

Khi tôi còn là một đứa trẻ, "Schoolhouse Rock" hát các bài học của nó trên TV vào mỗi sáng thứ bảy. Bạn có nhớ câu chuyện về Sự cần thiết của Mẹ không? Câu chuyện về những nhà phát minh vĩ đại của Mỹ: Eli Whitney, Samuel Morse, Alexander Graham Bell và tất nhiên, Thomas Edison. Thật buồn cười khi Nikola Tesla không xuất hiện. Một lần nữa, một điều khiến bạn kinh ngạc khi đọc về Tesla và các cuộc chiến điện vĩ đại vào cuối thế kỷ 19 là sự tàn nhẫn của những người chơi lớn có thể ra sao. Rốt cuộc, có rất nhiều thứ đang bị đe dọa, chẳng hạn như việc ai sẽ trở nên giàu có từ việc kết nối toàn bộ quốc gia. Edison có thể là một nhà phát minh vĩ đại, nhưng anh ấy không phải lúc nào cũng tử tế và không phải lúc nào anh ấy cũng chơi công bằng. Theo nhiều cách,

Điều khác khiến tôi ấn tượng khi tôi viết về khoảng thời gian này trong lịch sử Hoa Kỳ không phải là ánh sáng sắp tới, mà là bóng tối. Trước khi các kỹ sư đi dây điện cho thành phố New York và những bóng đèn sợi đốt rực sáng từ mọi ngóc ngách, đường phố hẳn là những nơi tối tăm, tối tăm, thậm chí có cả đèn khí đốt. Một cuộc đi dạo vào đêm muộn vào thời điểm chuyển giao thế kỷ sẽ mang lại cảm giác sợ hãi cho cả những tâm hồn dũng cảm nhất. Và chỉ khi ánh sáng cuối cùng bật sáng, Gotham vĩ đại mới có thể trở thành nơi mà nó luôn khao khát - Thành phố không bao giờ ngủ.

Nguồn

Những điều bạn cần biết:

Bây giờ, hãy kiểm tra kiến ​​thức của bạn với những câu đố này!

Kiểm tra các phòng trưng bày hình ảnh này!