特斯拉（1856～1943）生于南斯拉夫，后加入美国国籍。他的父亲是一位牧师，而他从小就对电学有着浓厚的兴趣。特斯拉一生中有大量的发明和创新，有很多成了现代发明创造的技术基础。但他又是一个极其不幸的人，终生贫困，很少有人知道他的名字，几乎从来没有得到过与其天才的创造相匹配的尊敬和荣誉（唯一的例外是现在国际上用他的名字来作为磁感应强度的单位，这是一个衡量磁场强弱的物理量）。

　　1884年，爱迪生电灯公司的欧洲分公司向爱迪生本人推荐了特斯拉。当时特斯拉28岁，只比爱迪生小9岁，但是意气风发，踌躇满志。这样的人通常都象人们常说的“愣头青”，勇于探索，敢于向权威人士提出他们那被认为是不知天高地厚的意见。
　　这两个人都不太喜欢对方，对于周围的人来说，这是显而易见的。在爱迪生的实验室内外，长期以来所养成的工作习惯使得他越来越象一个家长。他统领着一切，象船长和舵手一样指挥着他身边的工作人员不知疲倦地进行着发明创造。他所说的一切和做的一切，即使不是圣旨，也几乎没有人会提出任何不同意见。
　　特斯拉，这个欧洲人有着与爱迪生不一样的地方。爱迪生喜欢不停地做试验，而这个欧洲人却侧重于理论计算，这使得他的工作有时候很有成效。他甚至看起来是很不屑地说：“如果爱迪生需要从草垛里找一根针，他会马上像勤奋的蜜蜂般一根根地检查稻草，直到他发现自己要找的东西。看到这样的做法，我感到非常遗憾。因为我知道，只需要一点点理论和计算，他就能省去百分之九十的力气。”看到有人这样评价自己（而且据说是这段话被刊登在了报纸上），我想即使爱迪生是如来佛，他在灵山也沉不住气。他们是两个明星，但却从来不愿意一起出现在同一个舞台上。

　　早在和爱迪生见面之前，特斯拉就开始对一种叫做“交流电”的事物发生了兴趣。关于直流电和交流电，我们已经在前面作过介绍，这两者的主要区别是电流的方向。要想了解它们之间有哪些不同，使用图形可能是最直观的方法，也是工程上常用的方法。
　　首先来看看直流电，它的典型代表就是干电池。我们现在已经知道，电池，或者说直流电的特点是电压恒定，而且正负极性也一直不变。要验证这一点，只需找来一只电池，每隔一段时间（比如每隔1秒钟）测一次电压，这样就能得到一组数据，比如：
　　第1秒1.5V
　　第2秒1.5V
　　第3秒1.5V

　　第4秒1.5V
　　第5秒1.5V
　　为了将这些数据绘成图形，我们通常要使用坐标系统，创立它的人是大数学家笛卡尔，时间是1637年，所以也称为笛卡尔坐标系。现在，我们用横线代表时间，竖线代表电压，用一个个的“点”来对应测量的时间和测得的电压，象这样：

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　　现在我们是以秒为单位来测的电压，假如继续缩小每次测电压的时间间隔，而且这个间隔足够小的话，这些一个个的点就会挤在一起，形成一条直线，就象图4.21所示的那样，这就是正规的直流电的电压图形。

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　　现在，如果要问直流电的图形是什么，哎呀，你一定会说它是一条直线。是的，的确是直线，这是最主要的特征。要让人一眼就能看出它是直流电，有这个特征就已经足够了，而它具体是多少伏倒不太重要。所以，当大家正在谈论电的时候，你尽可以随手画一根直线，连整个坐标系都可以省了，这就代表直流电，谁也不会引起误会，认为你画的是棍子。

　　说完了直流电，我们再来说说交流电，这可能是你开始变得比较关心的事情。交流电通常是在大型发电厂里用电磁感应的方式产生的，这在第一章里已经作过简单介绍。我们知道，如果导体在磁场里运动的话，就会产生感应电流（或者电压）。如图4.21，那两个四方块代表着磁铁的两个极，中间是一根金属棒。有件事情需要说明一下，发电厂里的实际情形跟这个图不一样，具体什么样我也没去看过，见过的只是照片。我倒很想去，只是在发电厂大门口站岗的战士扛着枪，见谁都警惕地瞪着眼珠子，还要看出入证，而我恰恰没有这样东西，况且，我怕枪。不过有一点是非常肯定的，发电厂决不会用一根导线放在磁场里发电，这发不出多少电。实际上，它要用非常粗的导线绕制成巨大的线圈。


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　　这是一个立体的实物图，下面的这个图也是它，只不过换了一个观察的角度。图中的小圆圈代表的是导体的截面，带有箭头的线条是磁力线（当然，这是虚拟的，在实际的磁铁上你是看不到的）。

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　　有了前面测量测量直流电的电压并绘制其图像的经验，现在我们也想用同样的方法来看看交流电是什么样子，这是很有意思的。

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　　为了持续地产生电，最好的办法就是让导线在磁场中不停地旋转——用物理上的术语来说——做圆周运动。这样做有个好处，那就是可以方便地用水轮或者汽车发动机那样的动力装置进行驱动，再不行，也可以用手摇。总之，圆周运动肯定最符合自然法则，风车和水轮都是旋转的，汽车轮子也是圆的，谁也没见过它们直来直去（要不然的话这世界太疯狂了）。要绘制交流电的图像，当然得测量电压。而要测量电压，只需要在导体旋转一周的过程中找几个时机测量一下就行了。如图4.23，我们将在导体旋转一周的过程中，分8次对它进行测量。

　　测量并在坐标系中描绘，就是这么简单，但是结果多多少少有些出乎意料。为了讲解上的方便，我们先绘出导体旋转半周时的图像，也就是在图4.23中，导体从“1”那个位置旋转到“5”那个位置时的图像，如图4.24。可以看出，在导体旋转的过程中，电压慢慢升高，然后又慢慢降低。真的是很奇怪，这是怎么回事呢？

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　　表面上看，电磁感应是很简单的——只需要拿一根棒子在磁场中搅和搅和就能产生电（但愿你拿的不是筷子或者木棍）。但是，哎呀，有些事情，特别是科学上的事情，真的不是那么简单。现在，物理学是这样解释这种现象的：
　　1，如果导体运动方向与磁力线平行，就象你划着一条船，顺流而下，或者逆流而上的时候，将不产生电压。所以在图4.23中，当导体运动到 “1”、“5”这两个位置的时候，产生的电压为0V；
　　2，如果导体的运动方向与磁力线垂直，看上去是在“横穿”磁力线，就象横穿马路，或者象把船从这边划到河对岸一样，那么这时产生的感应电压最高。这对应于图4.23中“3”、“7”这两个位置；
　　3，除了上面所说两种情形之外，导体在磁场中都是“斜穿”磁力线，它也能产生感应电压，但是不如“横穿”产生的电压高。“斜穿”的角度不同，产生的电压也不相同。这也解释了为什么交流电的图像不是锯齿一样的三角形，而是一个弓形的原因。哎呀，你要知道，导体是在做圆周运动，它的旋转路线就是圆弧，所以生成的电压图象当然也就是圆弧了。

　　刚才我们测量和绘制的是导体在磁场中旋转前半周的图像，接下来是要绘制下半周的图像。理论上，下半周和上半周一样，是同一个圆的另一半，所以电压的变化规律应该至少是相似的。但是，令人吃惊的是，当导体从图4.23中的位置“5”开始继续下半周的旋转时，导体两端电压的正负极性居然颠倒了！
　　对于我们这些为真理而活的人类来说，对此必须有一个解释。但是没有解释，唯一的解释是大自然就是这么安排的，我们所能做的就是发挥自己的想象，作出一些推断和结论。比如我们认为，就象图4.25所展示的那样，尽管导体在旋转的上半周和下半周都是弧形，但上半周是“总体向下”的；而下半周是“总体向上”的，总的方向截然相反，所以这两个半周的电压极性也截然相反。


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　　为了反映交流电的极性变化，在绘制下半周的图像时，需要对坐标系进行扩展，这样，导体旋转一周所产生的电压图像就如图4.26所示。

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　　这只是导体旋转一周时的电压图像。当导体不停地旋转时，它的电压图像也在不断地重复，如图4.27。这也充分说明了交流电的典型特征：方向和大小都不断变化。

日期：2009-02-11　23:36:24