Nikola Tesla: uppfinnaren som banade väg för växelströmmen

Nikola Tesla (1856–1943) var en serbisk-amerikansk uppfinnare, maskin- och elektroingenjör. Han är mest känd för växelströmsmotorn och det flerfassystem som ligger till grund för dagens elnät, och för teslaspolen. Han föddes i Smiljan i nuvarande Kroatien, flyttade till New York 1884 och blev under 1890-talet en av USA:s mest berömda ingenjörer. Han dog utfattig på ett hotell 1943, och i dag bär SI-enheten för magnetisk flödestäthet hans namn.

Vem var Nikola Tesla?

Tesla var en ingenjör och uppfinnare som tänkte i hela system snarare än i enskilda apparater. Han var etnisk serb, född i dåvarande Österrike, och blev amerikansk medborgare den 30 juli 1891, vid 35 års ålder.

Uppväxten i Smiljan och studierna i Europa

Nikola Tesla föddes i byn Smiljan nära Gospić, som fjärde barnet av fem. Fadern Milutin var präst i den serbisk-ortodoxa kyrkan och modern Đuka kunde aldrig läsa, men tillverkade egna hushållsredskap och kunde långa episka dikter utantill. Storebrodern Dane dog i en ridolycka när Nikola var fem år. Familjen flyttade 1862 till Gospić.

Från 1875 läste Tesla maskinteknik vid den tekniska högskolan i Graz. Där såg han en av de första användbara generatorerna, och han kritiserade dess gnistrande metallborstar inför sin professor. Svaret, enligt Computer Sweden, blev att en växelströmsmotor aldrig skulle gå att bygga. Universitetet uppger att han aldrig tog examen, och i december 1878 lämnade han staden och bröt kontakten med familjen. Efter en tid som maskinist i Maribor började han 1880 vid Karlsuniversitetet i Prag, men slutade efter en termin när fadern dött.

Budapest och Paris: idén om det roterande magnetfältet

Tesla kom sedan till Budapest och fick arbete på det nationella telebolaget. När stadens telenät öppnade 1881 blev han chefselektriker. Enligt hans egen skildring slog lösningen på växelströmsmotorns problem honom här, 1882, efter en period nära total kollaps.

Samma år flyttade han till Paris för att arbeta som ingenjör på Continental Edison Company, Thomas Edisons europeiska gren. Han reste runt och reparerade anläggningar, men fick föga gehör hos kollegorna för sina idéer om växelström.

Vad uppfann Nikola Tesla?

Det korta svaret: Tesla uppfann ett praktiskt fungerande växelströmssystem, inte växelströmmen i sig. Han tog runt 300 patent världen över, men de viktigaste uppfinningarna är få:

• Induktionsmotorn: en växelströmsmotor utan borstar, byggd på roterande magnetfält.
• Flerfassystemet: generatorer, transformatorer och motorer som hänger ihop och klarar överföring över långa avstånd.
• Teslaspolen: en transformator för mycket hög spänning och hög frekvens, patenterad 1891.
• Den radiostyrda båten: visad i New York 1898, en tidig form av fjärrkontroll och robotteknik.
• Teslaturbinen: en bladlös turbin, visad 1906 och patenterad 1913.

Det är lika viktigt att säga vad han inte gjorde. Sajten tesla.nu, som ägnas helt åt honom, påpekar att växelström, växelströmsmotorer och växelströmsgeneratorer redan fanns före Tesla, men att de i praktiken var oanvändbara.

Teslaspolen

Teslaspolen är en resonanstransformator där en primärspole med få varv kopplas till en kondensator över ett gnistgap. När kondensatorn laddats upp slår en gnista över och kretsen börjar svänga, vilket ger mycket höga spänningar i sekundärspolen. Mellan 1893 och 1895 alstrade Tesla på så sätt över en miljon volt. Hobbybyggare konstruerar fortfarande egna teslaspolar, och den svenska sajten tesla.nu visar flera sådana bygg.

Röntgenförsök och andra sidospår

Från 1887 undersökte Tesla det som senare kallades röntgenstrålning, med egna elektronrör. Han fotograferade benen i sin egen hand och skickade bilderna till Wilhelm Röntgen, men offentliggjorde inte resultaten. Mycket av hans forskning försvann när laboratoriet på Fifth Avenue brann ned i mars 1895. Tesla fick också amerikanskt patent på en elektrisk tändare för förbränningsmotorer och tog 1928 sitt sista patent, på en flygmaskin som kunde starta utan bana.

Hur fungerar Teslas induktionsmotor (induction motor)?

Motorn drivs av ett magnetfält som roterar, utan att någon del behöver ha kontakt med rotorn via borstar. Tesla löste problemet med att växelström passerar noll: när spänningen är nära noll orkar en enkel motor ingenting.

Lösningen var två växelströmmar förskjutna 90 grader i förhållande till varandra. När den ena är på noll står den andra på topp, och motorn får kraft utan avbrott. Två uppsättningar spolar sitter vinkelrätt runt kärnan och blir elektromagneter vars polaritet byter riktning hela tiden. Resultatet är ett roterande magnetfält och en jämn motor där rotorn är den enda rörliga delen. Steget till trefas, som används i elnätet i dag, var enligt Computer Sweden inte stort.

I maj 1888 presenterade Tesla systemet för American Institute of Electrical Engineers, föregångaren till dagens IEEE, i föreläsningen A New System of Alternating Current Motors and Transformers. Patentet på motorn (nummer 381968) kom samma år. Mellan 1892 och 1894 var han vicepresident i organisationen.

Vad hände mellan Tesla och Edison?

Kort sagt: Tesla arbetade kort för Thomas Edison, lämnade honom i bitterhet och blev sedan ansiktet utåt för konkurrenten i striden om vilken ström som skulle driva USA.

Ankomsten till New York 1884

Den 6 juni 1884 kom Tesla till New York med fyra cent, några uträkningar, en skiss på en flygmaskin och ett rekommendationsbrev från sin chef Charles Batchelor. I översättning stod det: “Min käre Edison. Jag känner två stora män och du är en av dem. Den andra är denne unge man.”

Han fick jobb på Edison Machine Works och arbetade med att förbättra bolagets generatorer. Enligt historikern W. Bernard Carlson kan han ha träffat Edison bara ett par gånger.

Löftet om 50 000 dollar

Tesla hävdade senare att han lovats 50 000 dollar om han omarbetade Edisons ineffektiva motor och generator. När han frågade efter pengarna 1885 ska Edison, enligt Teslas version, ha svarat (i översättning): “Tesla, du förstår inte vår amerikanska humor”. Lönen var 18 dollar i veckan, och han sade upp sig när han nekades höjning till 25 dollar. Berättelsen bygger alltså på Teslas egna uppgifter.

Hans första bolag, Tesla Electric Light & Manufacturing från 1886, slutade med att investerarna avsatte honom eftersom de ogillade planerna på en växelströmsmotor. Under en period försörjde han sig sedan på att gräva diken för 2 dollar om dagen.

Strömkriget: växelström mot likström

Mot slutet av 1880-talet stod Edison och Tesla på var sin sida. Edison marknadsförde likström, som bara kunde överföras korta sträckor. Westinghouse och Tesla förespråkade växelström, som går att transformera upp till hög spänning och skicka långt.

Edison varnade för att växelström kunde döda människor. Tesla svarade med att offentligt utsätta sig för stötar på 250 000 volt för att visa att tekniken var säker. Striden kostade båda sidor enorma summor, och Edisons bolag gick 1892 upp i General Electric.

Hur hjälpte Westinghouse och Niagara växelströmmen att vinna?

Avgörandet kom när George Westinghouse köpte patenten och visade tekniken i full skala. I juli 1888 fick Tesla och hans finansiärer Alfred S. Brown och Charles Fletcher Peck 60 000 dollar i kontanter och aktier, plus 2,50 dollar per hästkraft i royalty. Tesla anställdes dessutom som konsult i Westinghouse Electric & Manufacturing Companys laboratorium i Pittsburgh för 2 000 dollar i månaden.

Royaltyn blev kortlivad. När Westinghouse Electric hamnade i knipa 1891 gick Tesla med på att stryka klausulen, och sex år senare köptes patentet ut för 216 000 dollar. Uppgiften att han rev upp ett kontrakt som annars hade gjort honom till världens första miljardär förekommer ofta, men fungerande motorer var ännu sällsynta och den garanterade royaltyn låg på 15 000 dollar om året.

Vid världsutställningen i Chicago 1893 lyste Westinghouse och Tesla upp hela området med växelström. Tesla visade också hur ett kopparägg kunde ställa sig på högkant i ett roterande magnetfält. Sedan följde Niagara: anläggningen vid fallen använde Teslas flerfassystem, med tio generatorer på sammanlagt 37 300 kilowatt. Driften kom igång i augusti 1895, och i november 1896 nådde strömmen Buffalo, ungefär 35 kilometer bort. Därmed var strömkriget i praktiken över, och General Electric gick över till växelström.

Vad gjorde Tesla i Colorado Springs?

Han flyttade dit 1899 för att få plats med högspännings- och högfrekvensförsök. I laboratoriet i Colorado Springs byggde han en jättelik variant av teslaspolen och skapade konstgjorda blixtar på över en miljon volt. Målet var att visa att jorden kunde leda elektrisk energi trådlöst över långa avstånd.

Colorado-åren har gett upphov till två berömda detaljer:

• Fotografiet med ljusbågen. Den kända bilden av Tesla under sju meter långa urladdningar är enligt hans egna anteckningar dubbelexponerad.
• Signalerna från rymden. Tesla tog emot återkommande signaler i grupper om upp till fyra klick och trodde senare att de kom från Venus eller Mars. Senare bedömare pekar på missförstånd eller en naturlig radiokälla.

Han beräknade också jordens resonansfrekvens till ungefär åtta hertz. På 1950-talet bekräftade forskare att jonosfärens resonans ligger i det intervallet, och fenomenet kallas i dag Schumannresonansen. Tesla lämnade Colorado den 7 januari 1900, och laboratoriet revs för att betala skulder.

Vad var Wardenclyffe-tornet på Long Island?

Wardenclyffe var Teslas försök att bygga en sändarstation för hela världen, i Shoreham på Long Island. I mars 1901 fick han 150 000 dollar av finansmannen J.P. Morgan mot 51 procent av eventuella patent. Tornet blev omkring 55 meter högt med en stålkupol på över femtio ton.

Planen kallade han World System. Den omfattade att koppla ihop alla telegraf- och telefonstationer, sända nyheter, börskurser och musik över hela världen, navigationshjälp för sjöfarten och exakt tid i billiga klockor. Mycket av det liknar vad vi i dag får via världens största nätverk, internet. Han lovade också trådlös elektrisk kraft över hela världen, och sådan överföring används ännu bara i liten skala.

Projektet föll på pengarna. I december 1901 skickade Guglielmo Marconi bokstaven S från England till Newfoundland, och investerarna på Wall Street satsade på hans system. Morgan vägrade skjuta till mer, delar av pressen kallade bygget en bluff och arbetet stannade 1905. Tesla belånade fastigheten för skulderna på 20 000 dollar till hotellet Waldorf-Astoria. Tornet revs 1917. År 2013 samlade en ideell organisation in pengar för att köpa platsen, med planer på ett museum.

Uppfann Tesla radion före Marconi?

Inte så enkelt som det ofta påstås. Tesla visade principerna för trådlös kommunikation redan 1893 och beskrev dem för Franklin Institute och National Electric Light Association, och han sade att ett sådant system kunde föra fram “intelligible signals or perhaps even power to any distance without the use of wires”. Han tog 1897 patent på avstämning för trådlös kraftöverföring. Marconis förbättrade patent avslogs flera gånger med hänvisning till bland annat dessa, men godkändes 1904. Marconi fick sedan Nobelpriset i fysik 1909.

Många sidor skriver att USA:s högsta domstol 1943 fastslog att Tesla och inte Guglielmo Marconi uppfann radion. Domstolen gjorde inte det. Utslaget gällde Marconibolagets krav på staten för patentintrång, och det återställde äldre patent av Oliver Lodge, John Stone och Tesla. Enligt domstolen påverkade det inte frågan om vem som var först med radiosändning, och Computer Sweden konstaterar att majoriteten ingenstans skriver att Tesla uppfann radion. Striden mellan Tesla och Marconi avgjordes alltså inte, och båda var då redan döda.

Vilka var Teslas sista år?

De sista decennierna bodde han på hotell i New York, ofta med obetalda räkningar. Han arbetade vidare med turbiner, fältteorier och vapenidéer, men få av projekten nådde marknaden.

På sin 50-årsdag 1906 visade han sin turbin på 200 hästkrafter och 16 000 varv per minut. Den slog inte igenom, eftersom konkurrerande maskiner hunnit långt under de år han ägnat åt Colorado och Long Island. När han fick American Institute of Electrical Engineers Edison Medal, för år 1916 och utdelad den 18 maj 1917, tog han emot den utan entusiasm. I sin tidskriftsartikel i The Electrical Experimenter i augusti 1917 föreslog han att elektriska strålar kunde spåra ubåtar, en idé som påminner ytligt om radar. Under 1920-talet flyttade han mellan hotell, och Time satte honom på omslaget när han fyllde 75 år 1931.

Vid 81 års ålder sade han sig ha färdigställt en dynamisk teori om hur gravitation fungerar, men den publicerades aldrig. Han var också öppet kritisk till Einsteins relativitetsteori och kallade den, i översättning, en “storartad matematisk dräkt”. Under samma tid pratade han med pressen om ett vapen med riktad energi, som tidningarna kallade dödsstrålen. Ingen regering köpte det.

Personen bakom uppfinningarna

Tesla var 188 centimeter lång och vägde runt 65 kilo, en vikt som knappt ändrades mellan 1888 och 1926. Han talade åtta språk flytande. Han gifte sig aldrig. Han ville göra saker i tretal, bodde helst i hotellrum med nummer delbara med tre, hade fobi för smycken och var mycket noga med renlighet.

Till vännerna hörde Mark Twain, som besökte hans laboratorium, och arkitekten Stanford White. På äldre dagar blev han vegetarian och matade duvor i parker. Han talade om en vit duva som besökte honom varje dag. Bilden är inte bara charmig: 1937 förespråkade han i en intervju sterilisering av personer han ansåg olämpliga som föräldrar, en rashygienisk syn som var vanlig på den tiden.

Hur dog Nikola Tesla?

Tesla dog av hjärtsvikt den 7 januari 1943, 86 år gammal, i rum 3327 på New Yorker Hotel i New York. En städerska fann honom, och han efterlämnade stora skulder. Hans papper och tillhörigheter togs om hand av myndigheterna, trots att han var amerikansk medborgare, och handlingarna stämplades som topphemliga. Professorn John G. Trump gick igenom materialet och hittade grundläggande elektrisk utrustning i en låda, inget vapen. Askan fördes 1957 till Belgrad, och den sfäriska urnan finns kvar på Nikola Tesla-museet där.

Vilka myter finns om Nikola Tesla?

Tesla är en av de uppfinnare som flest legender samlats kring. Den första biografin, Prodigal Genius från 1944, är enligt Computer Sweden full av fel, och många webbsidor kopierar samma påståenden. Fyra myter återkommer:

1. Tesla uppfann växelströmmen. Nej, han gjorde den användbar i stor skala.
2. Han delade Nobelpriset 1915 med Edison. Nej. Ryktet kom från ett felaktigt Reuters-telegram, och priset gick till William Henry Bragg och hans son. Ingen av dem fick någonsin priset, som instiftades av Alfred Nobel.
3. Han byggde en elbil med enorm räckvidd på 1930-talet. Det finns inga patent, inga ritningar och inga egna uttalanden. Historien kommer från en science fiction-författare som kallade sig Teslas medarbetare.
4. Högsta domstolen utsåg honom till radions uppfinnare. Se avsnittet om Marconi ovan.

Hur minns vi Nikola Tesla i dag?

Efter hans död föll han i relativ glömska, tills den internationella konferensen för mått och vikt 1960 gav enheten för magnetisk flödestäthet namnet tesla. En tesla motsvarar 10 000 gauss. Intresset har vuxit sedan 1990-talet, och 2013 räknade tidskriften Time honom till historiens 100 viktigaste personer.

Namnet finns i dag på många platser:

• Tesla Motors, elbilsföretaget i Kalifornien, valde namnet som en hyllning.
• Flygplatsen i Belgrad heter sedan 2006 Nikola Tesla.
• Ericsson Nikola Tesla är ett dotterbolag till Ericsson i Kroatien.
• Nikola Tesla Award har delats ut årligen av IEEE sedan 1975.
• Nikola Tesla-museet i Belgrad förvarar hans arkiv.

Statyer står bland annat i Belgrad, Zagreb och vid Niagarafallen.

Vanliga frågor om Nikola Tesla

Var föddes Nikola Tesla?

I byn Smiljan i regionen Lika, i dåvarande Kejsardömet Österrike och i nuvarande Kroatien. Hans föräldrar var serber. I ett telegram 1936 skrev Tesla (i översättning): “Jag är lika stolt över mitt serbiska ursprung som mitt kroatiska hemland.”

Vad är enheten tesla?

Tesla (T) är SI-systemets enhet för magnetisk flödestäthet. Den fick sitt namn 1960 och ersatte den äldre enheten gauss.

Fick Nikola Tesla något Nobelpris?

Nej. Ryktet från 1915 om ett delat pris med Edison var fel, och själv fick Tesla bara en röst, till priset 1937.

Är Tesla-bilarna uppkallade efter Nikola Tesla?

Ja. Bolaget Tesla Motors tog namnet för att hedra hans roll i utvecklingen av elmotorn.

Källor

• Nikola Tesla, svenska Wikipedia
• Nikola Tesla, engelska Wikipedia
• Nikola Tesla: Mannen som uppfann 1900-talet, Computer Sweden
• Case Files: Nikola Tesla, Franklin Institute
• Top 11 Things You Didn’t Know About Nikola Tesla, U.S. Department of Energy

Bild: Napoleon Sarony / Wikimedia Commons, public domain.