Nikola Tesla trong năm phút
Nikola Tesla (1856–1943) là kỹ sư người Mỹ gốc Serbia, người góp phần đưa dòng điện xoay chiều (AC) vào thực tế: ông tạo ra động cơ chạy bằng AC và hệ thống nhiều pha truyền điện đi xa. Các bằng sáng chế của ông được cấp phép cho George Westinghouse, và mạng lưới AC xây dựng trên đó đã đánh bại hệ thống điện một chiều (DC) của Thomas Edison. Cuộc đấu đá về kinh doanh và truyền thông giữa hai phe vào cuối thập niên 1880 và đầu thập niên 1890 được gọi là Cuộc chiến dòng điện.
Tesla không thắng cuộc chiến này một mình, và ông cũng không giàu lên nhờ nó. Westinghouse, General Electric cùng nhiều kỹ sư khác đã xây dựng lưới điện. Giấc mơ truyền điện qua không khí của Tesla về sau không bao giờ thành hiện thực, và ông qua đời trong một phòng khách sạn ở New York. Tuy vậy, hầu như mọi ổ điện trên tường ngày nay đều được cấp điện từ một loại hệ thống mà ông đã góp phần thiết kế. Trang này nằm trong hướng dẫn Ideas That Shaped the 19th Century: thế kỷ ấy sản sinh những ý tưởng mới về nhà nước và xã hội, đồng thời mở ra một cách dùng năng lượng mới làm thay đổi đời sống hằng ngày.
Thuở nhỏ: con trai một linh mục ở Smiljan
Tesla sinh ngày 10 tháng 7 năm 1856 tại làng Smiljan, thuộc Biên giới Quân sự của Đế quốc Áo, nay nằm trong lãnh thổ Croatia. Gia đình ông theo Chính thống giáo Serbia. Cha ông, Milutin, là linh mục; mẹ ông, Đuka, quán xuyến việc nhà và tự làm các dụng cụ nhỏ cho gia đình. Về sau Tesla nói rằng trí nhớ và óc sáng tạo của mình là nhờ bà. Ngày nay cả Serbia lẫn Croatia đều tự hào nhận ông là người của mình, một ví dụ nhỏ cho cách chủ nghĩa dân tộc giành giật con người (xem What Is Nationalism?).
Từ năm 1875 ông học kỹ thuật tại Trường Bách khoa Áo ở Graz, nơi ông bắt đầu đặt câu hỏi liệu bộ đổi chiều phát tia lửa trong động cơ điện một chiều có thật sự cần thiết hay không. Ông rời trường mà không có bằng. Năm 1881 ông làm việc tại tổng đài điện thoại mới ở Budapest, và năm 1882 chuyển đến Paris làm cho Continental Edison Company, công ty chuyên lắp đặt thiết bị chiếu sáng kiểu Edison ở châu Âu.
Về sau ông kể rằng ý tưởng về chiếc động cơ chạy bằng từ trường quay đã đến với mình trong một buổi đi dạo ở Budapest khoảng năm 1882. Tháng 6 năm 1884, ông lên tàu sang New York chỉ với rất ít tiền và một lá thư giới thiệu gửi Edison.
Điện một chiều của Edison và vì sao điện xoay chiều quan trọng
Dòng điện có hai loại cơ bản. Điện một chiều luôn chảy theo một hướng. Điện xoay chiều đổi chiều nhiều lần mỗi giây. Năm 1882, công ty của Edison mở trạm Pearl Street ở khu hạ Manhattan và bắt đầu bán điện một chiều. DC ở điện áp thấp hao hụt nhiều trên đường dây dài, nên mỗi trạm chỉ phục vụ được một khu rộng chừng một dặm, và một thành phố lớn cần rất nhiều trạm.
AC có thể được máy biến áp nâng lên điện áp cao, truyền đi xa với hao hụt ít hơn nhiều, rồi hạ xuống lại gần nơi khách hàng. Năm 1886, công ty của Westinghouse thử nghiệm điều này ở Great Barrington, bang Massachusetts, với thiết kế máy biến áp của William Stanley.
Nhưng AC thời đầu còn một lỗ hổng. Nó thắp được đèn, song chưa có động cơ AC tốt, mà nhà máy lại cần động cơ. Công trình của Tesla đã lấp lỗ hổng đó.
Động cơ và thỏa thuận với Westinghouse
Tesla làm cho công ty của Edison ở New York khoảng một năm rồi rời đi vào năm 1885 sau một cuộc bất hòa. Tiền bạc eo hẹp, và đến năm 1886 ông phải làm các công việc lao động chân tay. Năm 1887 ông tìm được nhà đầu tư và lập công ty riêng, nơi ông chế tạo được những động cơ cảm ứng hoạt động thực sự.
Động cơ của ông cho hai hoặc nhiều dòng điện xoay chiều lệch pha nhau một chút chạy qua các cuộn dây riêng. Cùng nhau chúng tạo ra một từ trường quay, kéo rôto quay theo. Máy không có chổi than và không có bộ đổi chiều, nên đơn giản và bền. Các bằng sáng chế Hoa Kỳ của ông được cấp vào tháng 5 năm 1888, và cũng trong tháng đó ông thuyết trình trước Viện Kỹ sư Điện Hoa Kỳ, nhờ vậy được các kỹ sư hàng đầu chú ý.
Westinghouse cấp phép các bằng sáng chế này vào năm 1888. Tesla dành khoảng một năm ở Pittsburgh để giúp điều chỉnh động cơ cho phù hợp với thiết bị của Westinghouse. Để biến nó thành sản phẩm còn cần công sức của chính các kỹ sư công ty, chẳng hạn Benjamin Lamme.
Cuộc chiến dòng điện (1888–1893)
Phe Edison cho rằng AC điện áp cao là mối nguy chết người. Harold P. Brown, một kỹ sư điện, bắt đầu chiến dịch khoảng năm 1888 với những buổi trình diễn công khai trong đó động vật bị điện giật chết. Chính Edison cũng công khai chỉ trích AC vì lý do an toàn.
Ngày 6 tháng 8 năm 1890, bang New York lần đầu dùng ghế điện mới để hành quyết William Kemmler bằng dòng điện xoay chiều. Cuộc hành quyết diễn ra tồi tệ, và nỗi lo của công chúng về AC tăng lên. Westinghouse đáp lại trên báo chí: AC có thể truyền điện đi xa hơn và rẻ hơn.
Rốt cuộc, chi phí và khoảng cách mới quyết định cuộc tranh đua, chứ không phải chiến dịch về an toàn. Năm 1892, các công ty của Edison sáp nhập với Thomson-Houston để thành General Electric, và Edison rời khỏi trung tâm quản lý. GE nhanh chóng tự chế tạo thiết bị AC.
Trong khi đó, Tesla là gương mặt thu hút công chúng. Năm 1891 ông chế tạo máy biến áp cao tần mà nay gọi là cuộn Tesla, và trong các buổi thuyết trình ông thắp sáng đèn mà không cần dây. Màn trình diễn ấy khiến AC trông thật hiện đại.
Chicago 1893 và Niagara: AC chiến thắng
Tại Hội chợ Thế giới Columbus ở Chicago năm 1893, Westinghouse cung cấp hệ thống chiếu sáng bằng dòng điện xoay chiều. Vô số bóng đèn sáng rực trong đêm cho thấy AC có thể hoạt động ở quy mô lớn.
Cùng năm, công ty xây nhà máy điện ở thác Niagara chọn AC cho thiết kế. Westinghouse chế tạo các máy phát, và các bằng sáng chế của Tesla được sử dụng. Điện bắt đầu chảy vào năm 1895, và tháng 11 năm 1896, điện được truyền khoảng 25 dặm đến thành phố Buffalo.
Đến lúc đó kết quả đã rõ. Tuy nhiên, DC không biến mất. Nó vẫn được dùng trong pin, pin mặt trời, thiết bị điện tử và một số đường dây điện áp cao đường dài.
Ba lý do AC chiến thắng
Cuộc chiến dòng điện không do một phát minh duy nhất quyết định. Ba yếu tố quan trọng nhất là:
- Máy biến áp. Điện áp có thể được nâng lên để truyền tải và hạ xuống để sử dụng, nên điện đến được các thị trấn xa với ít hao hụt.
- Động cơ. Động cơ cảm ứng kiểu Tesla chạy máy móc trong nhà máy, còn bộ biến đổi quay có thể đổi AC thành DC, nên thiết bị DC cũ vẫn nối được vào lưới điện mới.
- Chi phí. Ít nhà máy điện và ít dây đồng hơn khiến việc cấp điện cho vùng rộng rẻ hơn.
AC thắng vì một phát minh, các công ty giàu vốn và những kỹ sư hiện trường cùng kết hợp lại. Tesla là một phần quan trọng trong đó, nhưng không phải là tất cả.
Giấc mơ không dây: Colorado Springs và Wardenclyffe
Từ khoảng năm 1893, Tesla trình diễn các thí nghiệm truyền tín hiệu không dây, và năm 1898 ông biểu diễn một chiếc thuyền mô hình điều khiển bằng sóng vô tuyến ở New York. Năm 1899 ông dựng phòng thí nghiệm ở Colorado Springs, tạo ra những tia phóng điện khổng lồ và tin chắc rằng chính Trái Đất có thể dẫn điện.
Năm 1901, ông bắt đầu xây tháp Wardenclyffe trên đảo Long Island, bang New York. Chủ ngân hàng J. P. Morgan đầu tư 150.000 đô la. Rồi vào tháng 12 năm 1901, Marconi công bố tín hiệu không dây vượt Đại Tây Dương, và Morgan không rót thêm tiền. Dự án không bao giờ vận hành, và tháp bị phá bỏ năm 1917.
Truyền điện không dây trên quy mô toàn cầu chưa bao giờ được chứng minh là khả thi. Dù vậy, công trình của Tesla về mạch cộng hưởng đã góp phần vào sự phát triển của công nghệ vô tuyến.
Những năm cuối đời và di sản
Tesla nhập quốc tịch Mỹ năm 1891, nhưng về cuối đời ông sống trong các khách sạn ở New York và mang nợ. Ông mất ngày 7 tháng 1 năm 1943, thọ 86 tuổi, trong phòng của mình ở khách sạn Hotel New Yorker. Năm 1960, đơn vị đo mật độ từ thông được đặt tên là tesla (T).
Văn hóa đại chúng thường kể một câu chuyện đơn giản, trong đó Tesla là thiên tài phát minh ra điện còn Edison là kẻ phản diện. Sự thật phức tạp hơn. Lưới điện do Westinghouse, GE và hàng nghìn kỹ sư xây dựng, còn Edison đã mở những nhà máy điện lớn đầu tiên. Thành tựu thật sự của Tesla là động cơ cảm ứng và ý tưởng AC nhiều pha, những thứ nằm ở nền tảng của hệ thống điện hiện đại.
Đề thi thường hỏi gì
Trong các câu hỏi kiểu AP, Tesla xuất hiện trong chủ đề lớn hơn là Cách mạng Công nghiệp lần thứ hai. Cần nhớ rằng từ khoảng năm 1870, điện, dầu mỏ, thép và hóa chất thúc đẩy công nghiệp, còn Đức và Hoa Kỳ vượt Anh về sản lượng. Edison (bóng đèn, nhà máy điện), Bell (điện thoại) cùng Tesla và Westinghouse (AC) là những ví dụ tiêu biểu. Một bài làm tốt sẽ giải thích ý nghĩa: điện xoay chiều truyền xa giúp có các nhà máy lớn và các thành phố được điện khí hóa. Các mốc hữu ích: 1882 (Pearl Street), 1893 (hội chợ Chicago) và 1895 (Niagara).
Đọc tiếp
- Ideas That Shaped the 19th Century: bức tranh rộng hơn về thời đại mà Tesla làm việc.
- Who Was Karl Marx?: ông viết về nhà máy và máy móc đúng lúc điện sắp làm thay đổi chúng.
- What Is Nationalism?: vì sao nhiều quốc gia cùng nhận những người như Tesla là của mình.
