كيف يعمل المولد؟

لتوليد شيء ما هو إنشائه من مكونات أخرى. يمكنك إنشاء قصة قصيرة باستخدام مقتطفات من الأفكار حول العالم من حولك ؛ يضع الأشخاص خططًا لحياتهم بناءً على المعلومات التي يجمعونها من مجموعة متنوعة من المصادر.

المولد ، في لغة الحياة اليومية ، هو كيان قادر على إنتاج الطاقة ، عادة الكهرباء ، للمساعي البشرية. نظرًا لأنه لا يمكن للأسف توليد الطاقة والطاقة من لا شيء ، يجب أن يتم تشغيل المولدات نفسها بواسطة مصدر خارجي من نوع ما ، طاقة يتم توجيهها بعد ذلك إلى كهرباء قابلة للاستخدام. إذا كنت قد قضيت وقتًا في التخييم في مقصورة يملكها أشخاص مستعدون جيدًا ، فقد تكون على دراية بمفهوم مولد يعمل بالغاز. اليوم ، توجد أنواع مختلفة من المولدات ، لكن جميعها تعتمد على نفس مبادئ عمل المولد الفيزيائي الأساسي.

في عام 1831 ، اكتشف الفيزيائي مايكل فاراداي أنه عندما يتم تحريك مغناطيس داخل ملف من الأسلاك ، "تتدفق" الإلكترونات داخل السلك ، وتسمى هذه الحركة التيار الكهربائي. المولد هو أي آلة تحول الطاقة إلى تيار كهربائي ، ولكن بغض النظر عن مصدر هذه الطاقة - سواء أكان ذلك الفحم أو الطاقة المائية أو طاقة الرياح - السبب النهائي لتوليد التيار الكهربائي هو من خلال الحركة داخل مغناطيسي مجال.

في جميع الاحتمالات ، لقد رأيت مغناطيسًا يعمل بطريقة ما - ربما المغناطيس الصغير المستطيل المستخدم في إعدادات المنزل والمكتب لتثبيت العناصر التي تهم الثلاجات. يتم وضع نوع خاص من المغناطيس على شكل أسطوانة ، يسمى مغناطيس كهربائي ، حول سلسلة من الملفات المعزولة من الأسلاك الموصلة (مثل الأسلاك النحاسية) التي يتم لفها حول عمود مركزي. إذن ، كل ملف من هذه الملفات العديدة يشبه الحلقة المحيطة بالعمود وموجهة بزاوية قائمة على محور العمود ، تمامًا مثل علاقة الإطارات بالمحور الذي يحملها. عندما يدور العمود المتصل بالأسلاك ، يتم توليد تيار ، لأن المغناطيس الكهربائي الأسطواني خارج الأسلاك لا تدور معها ، مما يؤدي إلى إنشاء حركة نسبية بين المجال المغناطيسي والشحنات داخل التوصيل الأسلاك.

سيحدث نفس الشيء إذا تحرك مصدر مجال مغناطيسي بالقرب من سلك أو أسلاك ثابتة. لا يهم أيهما يتحرك ، المغناطيس أو السلك (أو كليهما) ، طالما أن هناك حركة نسبية مستمرة بينهما.

لماذا يعتبر التوليد المستمر للكهرباء مصدر قلق دائمًا؟ لماذا تعرف أن حياتك ستتقطع وربما تتعطل إذا "انقطعت الكهرباء" لأكثر من يوم أو نحو ذلك؟ الجواب البسيط هو أنه بينما يمكن للبشر تخزين كميات هائلة من الوقود الأحفوري مثل الغاز الطبيعي والنفط لاستخدامها في حالات الطوارئ ، لا توجد طريقة جيدة لتخزين كميات كبيرة من الكهرباء. من المحتمل جدًا أن يكون لديك نسخة من أفضل محاولة للبشرية لتخزين الكهرباء في متناول اليد ، وهي بطارية. ولكن في حين أن البطاريات ، مثلها مثل أي شيء آخر في عالم التكنولوجيا ، أصبحت أكثر قوة وأطول عمراً بمرور الوقت ، فهي كذلك محدودة للغاية من حيث قدرتها على تحمل نوع الجهد الهائل المطلوب لتشغيل مدن بأكملها وحديثة الاقتصادات.

نتيجة لعدم وجود طريقة موثوقة لتخزين الكهرباء ، في العالم الحديث ، يجب أن تكون هناك دائمًا طرق لإنتاجها من المواد الخام. هذا هو السبب في أن معظم الشركات ، اعتمادًا على طبيعتها ، لديها مولدات احتياطية في حالة انقطاع إمدادات المدينة المحيطة. في حين أن فقدان متجر بطاقات البيسبول للطاقة لمدة ساعة قد لا يكون كارثيًا ، ضع في اعتبارك الآثار في العناية المركزة بالمستشفى وحدة تعمل فيها الآلات التي تعمل بالكهرباء على إبقاء الناس على قيد الحياة حرفيًا من خلال التنفس لهم ولغيرهم من الأمور الحيوية المهام.

تخيل مغنطيسين كبيرين على شكل مكعب يقعان على بعد متر واحد ، أحدهما مع قطبه الجنوبي الذي يواجه القطب الشمالي للآخر ، وبالتالي يخلق بينهما مجال مغناطيسي قوي مضاف. يشير هذا الحقل إلى القطب الشمالي ، وإذا كانت نهايات المغناطيس رأسية تمامًا في الداخل بالنسبة إلى الأرض ، يكون اتجاه المجال المغناطيسي موازيًا للأرض ، مثل كومة غير مرئية السجاد. إذا تم تحريك سلك موصل يقف بشكل مستقيم عبر الفراغ بين المغناطيس وظل 0.5 بالضبط متر من كل منهما ، تكون حركة السلك متعامدة مع المجال المغناطيسي ويتولد التيار على طول الأسلاك. وبالتالي ، فإن المجال المغناطيسي وحركة السلك واتجاه التيار (واتجاه السلك) متعامدين بشكل متبادل.

والنتيجة المهمة من هذا هو أن ترتيب الأسلاك المغناطيسية تم إعداده بشكل مثالي لتوليد إمداد ثابت من الكهرباء طالما أن العمود المركزي يستمر في العمل. قم بتدوير وتحريك الأسلاك الملفوفة داخل المغناطيس الأسطواني بطريقة تضمن تدفقًا ثابتًا للتيار عبر الأسلاك وإلى آلة خارجية أو منزلية أو طاقة كاملة شبكة. الحيلة هنا ، بالطبع ، هي توفير القوة للعمود للدوران. أنتج المهندسون أنواعًا مختلفة من المولدات التي تستخدم مصادر طاقة مختلفة.

يمكن تقسيم المولدات الكهربائية إلى مولدات حرارية تستخدم الحرارة لتوليد الكهرباء ، والمولدات الحركية التي تستخدم طاقة الحركة لإنتاج الكهرباء. (لاحظ أن كل من الحرارة والعمل والطاقة لها نفس الوحدات - عادة جول أو مضاعفاتها ، ولكن في بعض الأحيان سعرات حرارية أو وحدات حرارية بريطانية [BTU]. الطاقة هي الطاقة لكل وحدة زمنية وعادة ما تكون بالواط أو بالحصان.)

المولدات الحرارية: تعد مولدات الوقود الأحفوري هي المعيار الصناعي ويتم تشغيلها عن طريق حرق الفحم أو البترول (النفط) أو الغاز الطبيعي. هذه الأنواع من الوقود وفيرة ولكنها محدودة ، وتخلق مجموعة من المشاكل البيئية والصحية التي دفعت البشرية إلى ابتكار بدائل. التوليد المشترك للطاقة يتضمن نقل بخار النفايات من هذه الأنواع من المحطات إلى العملاء الذين يستخدمون البخار لمولداتهم الأصغر حجمًا. الطاقة النووية هو تسخير الطاقة المنبعثة أثناء الانشطار النووي ، وهي عملية "نظيفة" لكنها مثيرة للجدل. غاز طبيعي تنتج المولدات الكهرباء بدون إنتاج بخار ويمكن دمجها مع توليد البخار. الكتلة الحيوية النباتات ، التي تستخدم فيها العناصر غير التقليدية كوقود (مثل الخشب أو المواد النباتية) ، اكتسبت زخمًا في بداية القرن الحادي والعشرين.

حركيةمولدات كهرباء: النوعان الرئيسيان لمولدات الكهرباء الحركية هما محطات الطاقة الكهرومائية وطاقة الرياح (أو توربينات الرياح). محطات توليد الطاقة الكهرومائية الاعتماد على تدفق المياه لتدوير الأعمدة داخل المولدات. نظرًا لأن القليل من الأنهار تتدفق على مدار العام بأي شيء يشبه المعدل الثابت ، فإن معظم هذه المرافق تتضمن بحيرات صناعية تم إنشاؤها بواسطة السدود (مثل بحيرة ميد في جنوب نيفادا وشمال أريزونا ، شكله سد هوفر) بحيث يمكن معالجة التدفق عبر التوربينات بشكل مصطنع وفقًا للمنطقة يحتاج. قوة الرياح لها ميزة عدم تعطيل الأراضي المحلية والحياة البرية بنفس الطريقة التي تعمل بها البحيرات الاصطناعية ، ولكن الهواء كثير أقل كفاءة من الماء في توليد الطاقة ، كما أنه يحمل مشكلة تباين مستويات وسرعات ريح. بينما يمكن أن تشتمل "مزارع الطاحونة" على عدد من التوربينات المرتبطة ببعضها البعض لإنشاء مستوى معين من الطاقة وطاقة الرياح الكافية لتوفير الكهرباء لمجتمعات كبيرة لم تكن مجدية حتى الآن 2018.