Zawartość
Bateria przekształca energię chemiczną w elektryczność, a ogniwo słoneczne wytwarza energię elektryczną z energii słonecznej, ale jeśli chcesz wytwarzać energię elektryczną z energii mechanicznej, potrzebujesz generatora indukcyjnego. Generatory te mogą być wystarczająco małe, aby zasilać latarkę typu korbowego, lub wystarczająco duże, aby zasilać całe miasta, ale wszystkie działają na zasadzie indukcji elektromagnetycznej, odkrytej przez Michaela Faradaya, XIX-wiecznego angielskiego fizyka i wynalazcę. Dzisiaj generatory indukcyjne działające na różnych paliwach dostarczają energię elektryczną większości populacji świata.
Jak działa indukcja
Eksperyment indukcyjny Faradaya jest prawdopodobnie jednym z najważniejszych w fizyce i był stosunkowo prosty. Owinął drut przewodzący wokół okrągłego rdzenia i podłączył go do miernika. Odkrył, że przesunięcie magnesu przez środek koła spowodowało przepływ prądu w drucie. Prąd zatrzymał się, gdy przestał poruszać magnesem, i płynął w przeciwnym kierunku, gdy odwrócił kierunek magnesu. Później sformułował prawo indukcji elektromagnetycznej, znane obecnie jako prawo Faradaysa, które wiązało siłę prądu z wielkością zmiany pola magnetycznego, znaną również jako strumień magnetyczny. Siła magnesu, liczba cewek wokół rdzenia i charakterystyka drutu przewodzącego wpływają na obliczenia generatorów rzeczywistych.
Jak generatory wykorzystują indukcję
Niezależnie od tego, czy znajdują się w generatorze domowym, samochodzie, czy w elektrowni jądrowej, generatory mają generalnie te same funkcje. Obejmują one wirnik z pustym rdzeniem, który obraca się wokół stojana. Stojan jest zwykle silnym magnesem, podczas gdy cewki przenoszące prąd są nawijane wokół wirnika. W niektórych generatorach cewki są uzwojone wokół stojana, a wirnik jest namagnesowany. To nie ma znaczenia. Tak czy inaczej, płynie prąd.
Wirnik musi się obracać, aby przepłynąć prąd, i to tam, gdzie wchodzi energia mechaniczna. Generatory wielkoskalowe wykorzystują różne paliwa i naturalne procesy dla tej energii. Przy każdym obrocie wirnika przepływ prądu zatrzymuje się, cofa, ponownie zatrzymuje i powraca do przodu. Ten rodzaj energii elektrycznej nazywany jest prądem przemiennym, a liczba zmian kierunku w ciągu sekundy jest ważną cechą.
Rodzaje paliw
Wirnik w większości generatorów jest podłączony do turbiny, aw wielu elektrowniach turbina napędzana jest parą. Energia jest potrzebna do podgrzania wody do wytworzenia tej pary, a energia ta może być dostarczana z paliw kopalnych, takich jak węgiel i gaz ziemny, biomasa lub rozszczepienie jądrowe. Paliwo może również pochodzić ze źródeł naturalnych, takich jak energia geotermalna - naturalne ciepło wydobywające się z głębi ziemi. Generatory hydroelektryczne zasilane są energią wodospadu. Pierwszy na świecie generator hydroelektryczny, zaprojektowany przez Nikolę Teslę i zbudowany przez George'a Westinghouse'a, znajduje się w wodospadzie Niagara. Generuje około 4,9 miliona kilowatów energii, co wystarcza na 3,8 miliona domów.
Tworzenie własnego generatora
Bardzo łatwo jest zbudować generator. Możliwych jest wiele konstrukcji, ale jedna z najłatwiejszych składa się ze stacjonarnej cewki i obracającego się magnesu. Druty są owinięte wokół gwoździa pokrytego obraźliwą taśmą, a magnes może być prosty w kształcie podkowy. Po wywierceniu otworu w podstawie magnesu, włożeniu ciasno dopasowanego wału i przymocowaniu go do wiertła, można wytworzyć wystarczającą ilość energii elektrycznej, aby zapalić żarówkę, po prostu uruchamiając wiertło, aby magnes obracał się wokół cewki.