science >> Wetenschap >  >> Fysica

Hoe veranderde Nikola Tesla de manier waarop we energie gebruiken?

Op een gravure is te zien hoe uitvinder Nikola Tesla in de jaren 1880 een lezing hield voor de Franse Fysische Vereniging en de Internationale Vereniging van Elektriciens. Kean-collectie/Getty Images

Als je een schakelaar omdraait en een lamp baadt de kamer in licht, je denkt waarschijnlijk niet veel na over hoe het werkt -- of de mensen die het allemaal mogelijk hebben gemaakt. Als je gedwongen zou worden om het genie achter de lamp te erkennen, je zou Thomas Alva Edison kunnen noemen, de uitvinder van de gloeilamp. Maar net zo invloedrijk - misschien wel meer - was een visionair genaamd Nikola Tesla.

Tesla arriveerde in 1884 in de Verenigde Staten, op 28-jarige leeftijd, en tegen 1887 had een reeks patenten aangevraagd die alles beschreven wat nodig was om elektriciteit op te wekken met behulp van wisselstroom , of AC. Om de betekenis van deze uitvindingen te begrijpen, je moet begrijpen hoe het veld van elektrische opwekking er aan het eind van de 19e eeuw uitzag. Het was een oorlog van stromingen - waarbij Tesla optrad als één generaal en Edison als de tegengestelde generaal.

De staat van elektriciteit in 1885

Edison onthulde zijn elektrische gloeilamp in januari 1880 aan het publiek. Kort daarna, zijn nieuw ontworpen energiesysteem werd geïnstalleerd in het eerste district van New York City. Toen Edison de schakelaar omzette tijdens een openbare demonstratie van het systeem in 1881, elektrische lichten fonkelden -- en ontketenden een ongekende vraag naar deze gloednieuwe technologie. Hoewel de vroege installaties van Edison om ondergrondse bedrading vroegen, de vraag was zo groot dat delen van de stad hun elektriciteit kregen via blootliggende draden die aan houten dwarsbalken waren opgehangen. tegen 1885, het vermijden van elektrische gevaren was een alledaags onderdeel van het stadsleven geworden, zozeer zelfs dat Brooklyn zijn honkbalteam de Dodgers noemde omdat de bewoners gewoonlijk schokken ontweken van elektrisch aangedreven trolleybanen [bron:PBS].

Elihu Thomson demonstreert een elektrische lasser op de New York State Fair, aangedreven door een Thomson/Houston-dynamo. Hulton Archief/Getty Images

Het gebruikte Edison-systeem Gelijkstroom , of gelijkstroom. Gelijkstroom vloeit altijd in één richting en wordt opgewekt door DC-generatoren. Edison was een fervent aanhanger van DC, maar het had beperkingen. De grootste was het feit dat DC moeilijk economisch over lange afstanden te verzenden was. Edison wist dat wisselstroom deze beperking niet had, toch vond hij AC geen haalbare oplossing voor commerciële stroomsystemen. Elihu Thomson, een van de opdrachtgevers van Thomson-Houston en een concurrent van Edison, anders geloofde. in 1885, Thomson schetste een basis AC-systeem dat afhankelijk was van hoogspanningstransmissielijnen om stroom te transporteren ver van waar het werd opgewekt. De schets van Thomson gaf ook aan dat er een technologie nodig was om de spanning op het punt van gebruik te verlagen. bekend als a transformator , deze technologie zou pas volledig worden ontwikkeld voor commercieel gebruik door Westinghouse Electric Company in 1886.

Zelfs met de ontwikkeling van de transformator en verschillende succesvolle tests van wisselstroomsystemen, er was een belangrijke ontbrekende schakel. Die link was de AC-motor. Op de volgende pagina, we zullen kijken hoe Tesla de verbinding heeft gemaakt.

Inhoud
  1. Tesla's vonk van genialiteit
  2. AC/DC
  3. Hoe heeft Nikola Tesla de manier waarop we energie gebruiken veranderd?:Opmerking van de auteur
  4. Nikola Tesla Verander de manier waarop we energie gebruiken:spiekbriefje

Tesla's vonk van genialiteit

Generatoren in de Hoover Dam produceren wisselstroom voor Arizona, Nevada en Californië. David McNew/Getty Images

Terwijl Edison zwoegde om zijn elektrische lamp te commercialiseren, Tesla loste een probleem op dat hem intrigeerde sinds hij student was aan de Joanneum Polytechnic School in Graz, Oostenrijk. Terwijl een student daar, Tesla zag een demonstratie van een Gramme dynamo . Een dynamo is een generator die gebruik maakt van een commutator -- contacten gemonteerd op de as van de machine -- om gelijkstroom te produceren in plaats van wisselstroom. Tesla zei tegen zijn instructeur dat het misschien mogelijk zou zijn om de commutator af te schaffen, die vreselijk vonkte toen de dynamo werkte. Deze suggestie bracht spot van zijn leraar, maar het sprak tot de verbeelding van Tesla.

in 1881, Tesla had een geïnspireerd idee:wat als men het magnetische veld in de stator van een dynamo zou veranderen in plaats van de magnetische polen van de rotor te veranderen? Dit was een revolutionair concept dat de conventie op zijn kop zette. In een traditionele dynamo, de stationaire stator zorgt voor een constant magnetisch veld, terwijl een reeks roterende windingen - de rotor - binnen dat veld draait. Tesla zag dat als deze regeling zou worden teruggedraaid, de commutator kan worden geëlimineerd.

Natuurlijk, om dit idee te realiseren zou jaren werk vergen. Tesla begon in 1882 toen hij in dienst was bij Continental Edison Company in Parijs. Tijdens de Dag, hij zou gloeilampen installeren op basis van Edison's gelijkstroomsysteem. In zijn vrije tijd, hij zou experimenteren met AC-motorontwerpen. Dit duurde twee jaar, totdat Tesla overging naar de Edison Machine Works in New York City. Volgens sommige rekeningen Tesla beschreef zijn ideeën over AC aan de beroemde Amerikaanse uitvinder, maar Edison toonde geen interesse. In plaats daarvan, hij liet Tesla verbeteringen aanbrengen in bestaande DC-opwekkingsinstallaties. Tesla deed dat, alleen om teleurgesteld te zijn toen Edison hem niet correct betaalde. Tesla stopt, en de paden van de twee mannen liepen permanent uiteen.

Na greppels te hebben gegraven en verstrikt te zijn geraakt in een slechte zakelijke deal, Tesla kreeg eindelijk financiële steun van Charles Peck, een advocaat, en Alfred S. Brown, een inspecteur bij Western Union. Peck en Brown hielpen Tesla bij het opzetten van een laboratorium op slechts een paar stratenblokken van Edisons lab in Manhattan. en moedigde de jonge ingenieur aan om zijn AC-motor te perfectioneren. Tesla deed precies dat, bouwen wat bekend zou worden als a meerfasige inductiemotor . De term meerfase verwijst naar een motor op basis van meerdere wisselstromen, niet zomaar een. De term inductie verwijst naar het proces waarbij de roterende statormagneten een stroom in de rotor induceren. De originele motor van Tesla was een tweefasige versie met een stator met twee paar magneten, een paar voor elk van de twee fasen van AC.

In 1887, Tesla heeft zeven Amerikaanse patenten aangevraagd die een compleet AC-systeem beschrijven op basis van zijn inductiemotor en inclusief generatoren, transformatoren, transmissielijnen en verlichting. Een paar maanden later, Tesla hield een lezing over zijn revolutionaire nieuwe systeem aan het American Institute of Electrical Engineers. De lezing veroorzaakte een sensatie en, ondanks een door Edison geïnitieerde anti-AC-campagne, overtuigde veel experts ervan dat een wisselstroomsysteem meer dan alleen haalbaar was - het was veel beter dan gelijkstroom.

Om een ​​goed idee op de markt te brengen, het kost wat slagkracht. In dit geval, de invloed kwam van een uitvinder die een fortuin verdiende in de spoorwegindustrie. Lees meer over zijn steun aan het werk van Tesla op de volgende pagina.

AC/DC

Thomas A. Edison staat naast zijn originele elektrische dynamo. Amerikaanse Library of Congress/Science Faction/Getty Images

George Westinghuis, wiens eigen elektriciteitsbedrijf worstelde om de details van een succesvol wisselstroomsysteem uit te werken, hoorde over Tesla's lezing uit 1888 en was meteen geïntrigeerd. Toen Peck en Brown Westinghouse benaderden over het commercialiseren van Tesla's uitvindingen, de ondernemer die verantwoordelijk is voor de luchtrem van de spoorweg deed een genereus bod. Hij stemde ermee in $ 25 te betalen, 000 contant, evenals $50, 000 in biljetten en een kleine royalty voor elke pk aan elektriciteit afkomstig van de motor.

Westinghouse bracht Tesla's uitvindingen terug naar Pittsburgh, Penn., waar hij hoopte de technologie te gebruiken om de trams van de stad van stroom te voorzien. Tesla volgde, en als werknemer van de Westinghouse Electric Company, overlegd over de uitvoering. Het project verliep niet vlekkeloos, en Tesla vocht vaak met Westinghouse-ingenieurs. Eventueel, echter, iedereen trok samen om met de juiste formule te komen:een AC-systeem op basis van driefasige, 60-cyclus stroom. Vandaag, bijna alle energiebedrijven in de Verenigde Staten en Canada leveren stroom van 60 cycli, wat betekent dat de AC 60 richtingsveranderingen in één seconde voltooit. Dit staat bekend als de frequentie van het systeem.

Tegen het begin van de jaren 1890, Edison en de aanhangers van DC voelden zich oprecht bedreigd. Ze bleven beweren dat AC gevaarlijk was en wezen op een rampzalige elektrocutiepoging in 1890 als bewijs. Maar ze kregen een zware klap in 1893, toen Westinghouse het bod won om de Chicago World's Fair te verlichten. Zijn concurrentie was General Electric (GE), het bedrijf gevormd door de fusie tussen Edison General Electric en Thomson-Houston. GE was de leidende fakkeldrager voor op gelijkstroom gebaseerde stroom. Westinghouse won het bod op kosten, maar toen president Grover Cleveland een schakelaar omzette om 100 aan te steken, 000 gloeilampen over het beursterrein, zeer weinigen twijfelden aan de superioriteit van wisselstroom.

Westinghouse verzachtte in 1895 veel overgebleven twijfelaars door een waterkrachtcentrale bij Niagara Falls te ontwerpen waarin alle vorderingen van AC waren verwerkt. Aanvankelijk, de centrale leverde alleen stroom aan Buffalo, New York. Maar het duurde niet lang voordat de stroom naar New York City werd overgebracht, helpen om Broadway als de Great White Way in de publieke verbeelding te versterken.

Tegen deze tijd, Tesla had zich teruggetrokken uit de dagelijkse details van energiecentrales en praktische implementaties van AC. Hij was terug verhuisd naar New York City, waar hij een nieuw lab opende waarin hij andere ideeën kon onderzoeken, machines en apparaten. Veel van deze uitvindingen waren niet gerelateerd aan energieopwekking of elektriciteit. Maar zijn impact op het gebied van elektrotechniek was enorm. In feite, men kan zeggen dat de wisselstroommotor en het meerfasige wisselstroomsysteem van Tesla de oorlog van de stroom hebben gewonnen omdat ze de basis vormen van alle moderne stroomopwekking en -distributie. Echter, gelijkstroom -- Edisons baby -- is niet helemaal verdwenen. Het bedient nog steeds elektrische systemen voor auto's, locomotieven en sommige soorten motoren.

Voor meer informatie over elektriciteit en andere verhelderende ideeën, bezoek de links op de volgende pagina.

Hoe heeft Nikola Tesla de manier waarop we energie gebruiken veranderd?:Opmerking van de auteur

Toen ik een kind was, "Schoolhouse Rock" zong elke zaterdagochtend zijn lessen van de tv. Herinner je je die over Mother Necesity nog? Die over Amerika's grote uitvinders:Eli Whitney, Samuël Morse, Alexander Graham Bell en, natuurlijk, Thomas Edison. Grappig dat Nikola Tesla niet verscheen. Nogmaals, een ding dat je opvalt als je leest over Tesla en de grote elektriciteitsoorlogen van de late 19e eeuw, is hoe meedogenloos de grote spelers zouden kunnen zijn. Ten slotte, er stond veel op het spel, zoals wie rijk zou worden door de hele natie in bedwang te houden. Edison was misschien een groot uitvinder, maar hij was niet altijd aardig, en hij speelde niet altijd eerlijk. Op veel manieren, hij probeerde Tesla uit de weg te ruimen om ervoor te zorgen dat zijn model van DC-stroomopwekking - en zijn reputatie - stevig in de geest van het publiek geplant bleef.

Het andere dat me opviel toen ik over deze tijd in de Amerikaanse geschiedenis schreef, was niet het komende licht, maar de duisternis. Voordat ingenieurs New York City bekabelden en gloeilampen uit elke hoek flitsten, de straten moeten donker zijn geweest, donkere plaatsen, zelfs met gaslampen. Een nachtelijke wandeling rond de eeuwwisseling zou zelfs de dapperste zielen een vleugje angst hebben bezorgd. En pas toen de lichten eindelijk aangingen, kon het grote Gotham worden wat het altijd had willen zijn:de stad die nooit slaapt.

bronnen

  • Carlson, W. Bernard. "Uitvinder van dromen." Wetenschappelijke Amerikaan. maart 2005.
  • Cheney, Margaretha. "Tesla:man zonder tijd." Simon &Schuster. New York. 1981.
  • Encyclopedia Britannica 2005. "Tesla, Nikola." CD-ROM, 2005.
  • Algemeen Elektrisch. "Thomas Edison en GE." http://www.ge.com/company/history/edison.html
  • Klein, Maury. "De krachtmakers:stoom, Elektriciteit, en de mannen die het moderne Amerika hebben uitgevonden." Bloomsbury Press. New York. 2008.
  • PBS. "Tesla:Meester van de bliksem" http://www.pbs.org/tesla/
  • World Book 2005. "elektrische stroom."
  • Wereldboek 2005. "Tesla, Nikola."

Nikola Tesla Verander de manier waarop we energie gebruiken:spiekbriefje

Dingen die u moet weten:

  • Aan het eind van de 19e eeuw, er waren twee concurrerende systemen om elektriciteit op te wekken:gelijkstroom (DC) en wisselstroom (AC).
  • Thomas Edison was een fervent voorstander van gelijkstroomopwekking, maar het kon niet economisch over lange afstanden worden overgedragen.
  • Nikola Tesla, die in 1884 naar de Verenigde Staten emigreerde, geloofde in de opwekking van wisselstroom.
  • Tesla vond de meerfasige inductiemotor uit en, ermee, luidde wat sommigen de Tweede Industriële Revolutie hebben genoemd.
  • Slechts drie jaar na aankomst in Amerika, Tesla heeft zeven Amerikaanse patenten aangevraagd die een compleet AC-systeem beschrijven op basis van zijn inductiemotor.

Nutsvoorzieningen, Test je kennis met deze quizzen!

  • De fantastische kooi van Faraday Quiz
  • Feit of Fictie:Energie-efficiëntie
  • Ultieme alternatieve energiequiz
  • Brainiacs:Albert Einstein-quiz

Bekijk deze fotogalerijen!

  • De rasterafbeeldingen vernieuwen
  • Kernenergie Foto's

Meer >

Meer >

Hoofdlijnen

  1. Hoe is het schrijven geëvolueerd?
  2. Wat is het doel van de promotor en terminatorregio van de DNA-molecule?
  3. Definitie van celoppervlakte-eiwitten
  4. Wat kan glycolyse stoppen?
  5. Wat zijn de waarschijnlijke resultaten van de nieuwe kennis van de mensheid over het menselijk genoom?
  6. Hoe meten we pijn?
  7. Iteratieve evolutie:is de Aldabra-rail twee keer geëvolueerd?
  8. Een DNA-model maken met behulp van pijpreinigers
  9. Het verschil tussen glycolyse en gluconeogenese

Wetenschap