【電流大戰】愛迪生與特斯拉

2019年上映的電影【電流大戰 The Current War】由”奇異博士”Benedict Cumberbatch飾演愛迪生,X戰警”野獸”Nicholas Hoult飾演特斯拉,還有”蜘蛛人”Tom Holland飾演愛迪生的秘書,一幫大家喜愛的明星增加了本片的可看性。

愛迪生(Thomas Edison)教科書裡就有介紹,為發明家與電燈發明人,事實上愛迪生擁有1093項美國專利,然而白熾燈並非愛迪生的發明,早在1801年英國就有化學家研究出白熾燈,其後許多人也做出貢獻,增加耐久性而且推廣到各個家庭。

特斯拉(Nikola Tesla)是塞爾維亞人,因為在巴黎的大陸愛迪生公司表現優異,其後到美國工作並移民,近幾年因為同名電動車而再度廣為人知。然而電流大戰的主角並非特斯拉,而是愛迪生事業競爭的最大對手威斯汀豪斯(George Westinghouse, Jr.),西屋電器創辦人。

美國企業家和工程師 威斯汀豪斯 George Westinghouse

AC / DC


白熾燈是一種透過通電,利用電阻把幼細絲線(通常為鎢絲)加熱至白熾,用來發光的燈,所通的電為直流電(direct current)。另一種常用在街道與大型建築的弧光燈,為高強度的點光源,由燈泡內氣體電離時所產生的電弧發光,與閃電類似,所通的電為交流電(alternating current)。白熾燈與直流電DC的各項專利由愛迪生公司掌控,直流電DC可並聯、可直接充電電池,而且直流發電機與電錶構造都比較簡單。當時愛迪生為了安全考量,從發電站傳輸電壓110V的直流電到用戶家中,直接可以使用。但電壓不高所以傳輸距離較短不超過一英哩,需要用較粗的銅線傳導,因此發電站不能供應大城市,甚至連中型城市都有問題。

非常明亮的弧光燈(1882 年的紐約)只能在室外或大型室內空間中使用,它們可以安裝在人們視線之外的高處

威斯汀豪斯當時看到交流電AC的潛力,他本身也是電機工程師與發明家,相較於直流電DC發電廠只能供應小型區域與家用,交流電AC不但可以用在街道弧光燈,也能涵蓋小區域之間的空隙。交流變壓器的效率在歐洲有了很大的提升之後,成本也降低,最重要的是交流電以高壓遠距傳輸時,可在靠近用戶端設置變壓器,將高壓電降為110V,能量損失非常小特斯拉研發的交流發電機也被威斯汀豪斯買下專利權,這時特斯拉已經從愛迪生公司辭職,作為一個發明家找到投資者非常重要,當時的宣傳方法除了投新聞稿、電器雜誌等刊物,還要安排公眾表演與展覽。

美國專利第390,721號,特斯拉在1888發明的交流發電機,用來遠距離輸送電力

高壓電


根據質量守恆定律,高壓電輸出的功率P=電流I*電壓V,所以高壓電不論是直流電DC或交流電AC都相當危險,那麼為何要用高壓電傳輸? 因為功率的損失Ploss=I2*電阻R,與電流I平方成反比,所以高電壓、低電流的傳輸可確保功率P的損失最小。然而當時電線絕緣做得不確實,紐約的電力通信系統也尚未地下化,外露的電線造成多起事故與死亡,這也許就是愛迪生堅持電壓只有110V的原因。為了不讓對手威斯汀豪斯使用更有效率的AC高壓電傳輸系統,愛迪生間接發動一連串對交流電AC不利的言論,其中一項就是鼓吹以交流電AC執行死刑。

當時的死刑為絞刑,不人道且有可能失敗,許多法律與醫學專家尋求較為人道的替代方案,包括詢問愛迪生等電氣專家,電刑的可能性。愛迪生勾結一位電氣工程師,以表演實驗的方式對流浪狗、小牛與馬處以交流電刑,儘管西屋公司也做出許多反駁,但觸電事故不斷發生,仍然不能證明交流電AC安全無虞。

1888年大風雪的照片,紐約市街道上的無數電話、電報和電力線

紐約第一位被判處電椅死刑的人,可能在西屋公司的幫助下提出上訴,理由是構成美國憲法規定的殘忍和不尋常的懲罰。然而上訴被駁回,就在執行第一次電擊時失敗,不得不重複另一次程序。現場一名記者將其描述為”一場可怕的景象,比吊死還要糟糕。”在一連串的用電事故後,電力公司開始重視用電安全,愛迪生公司與另一家合併成為奇異公司,基於商業考量,也開始有交流電配電系統,整個20世紀直流配電數量迅速下降,紐約市最後一個直流系統於2007年關閉。

科技的進步是多少前人付出努力、甚至生命為代價,然而教科書在講歷史時,卻簡化到只把一部分人送上神壇。多了解一些就會明白,這世界上每個人都有機會創造神蹟,只要相信自己並勇往直前。

發表者:紛紛 FanFan

讀工程、喜歡藝術,目前在台灣南投經營民宿。

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