كيفية تحويل الطاقة الميكانيكية إلى طاقة كهربائية

تقوم البطارية بتحويل الطاقة الكيميائية إلى كهرباء ، وتنتج الخلية الشمسية الكهرباء من طاقة الشمس ، ولكن إذا كنت ترغب في إنتاج الكهرباء من الطاقة الميكانيكية ، فأنت بحاجة إلى الحث مولد كهرباء. يمكن أن تكون هذه المولدات صغيرة بما يكفي لتشغيل مصباح يدوي من طراز كرنك أو كبيرة بما يكفي لتنشيط مدن بأكملها ، ولكن جميعها العمل على مبدأ الحث الكهرومغناطيسي ، الذي اكتشفه مايكل فاراداي ، الفيزيائي الإنجليزي في القرن التاسع عشر و مخترع. اليوم ، المولدات الحثية التي تعمل على أنواع مختلفة من الوقود تزود بالكهرباء لمعظم سكان العالم.

ربما تكون تجربة فاراداي الحثية واحدة من أهم التجارب في الفيزياء ، وكانت بسيطة نسبيًا. قام بلف سلك موصل حول قلب دائري وربط السلك بمتر. وجد أن تحريك مغناطيس عبر مركز الدائرة يتسبب في تدفق التيار في السلك. توقف التيار عندما توقف عن تحريك المغناطيس ، وتدفق في الاتجاه المعاكس عندما عكس اتجاه المغناطيس. قام فيما بعد بصياغة قانون الحث الكهرومغناطيسي ، المعروف الآن باسم قانون فاراداي ، والذي ربط بـ شدة التيار إلى حجم التغير في المجال المغناطيسي ، المعروف أيضًا باسم المجال المغناطيسي تدفق. تؤثر قوة المغناطيس وعدد الملفات حول القلب وخصائص السلك الموصّل جميعها على حسابات مولدات العالم الحقيقي.

سواء كانت موجودة داخل مولد المرافق المنزلية أو سيارتك أو محطة للطاقة النووية ، فإن المولدات تشتمل بشكل عام على نفس الميزات. وهي تشتمل على دوار بنواة مجوفة تدور حول الجزء الثابت. عادةً ما يكون الجزء الثابت مغناطيسًا قويًا ، بينما يتم لف الملفات التي تحمل الكهرباء حول الدوار. في بعض المولدات ، يتم لف الملفات حول الجزء الثابت ويكون الجزء المتحرك ممغنطًا. لا يهم. في كلتا الحالتين ، ستتدفق الكهرباء.

يجب أن يدور الدوار حتى تتدفق الكهرباء ، وهنا يأتي دور مدخلات الطاقة الميكانيكية. تستفيد المولدات كبيرة الحجم من أنواع مختلفة من الوقود والعمليات الطبيعية للحصول على هذه الطاقة. مع كل دوران للعضو الدوار ، يتوقف التدفق الحالي ، ويعكس ، ويتوقف مرة أخرى ، ويعود إلى الاتجاه الأمامي. يسمى هذا النوع من الكهرباء التيار المتردد ، وعدد المرات التي يغير فيها الاتجاه في الثانية خاصية مهمة.

يتم توصيل الدوار في معظم المولدات بالتوربينات ، وفي العديد من محطات التوليد ، يتم تشغيل التوربين بالبخار. الطاقة مطلوبة لتسخين المياه لإنتاج هذا البخار ، ويمكن توفير هذه الطاقة عن طريق الوقود الأحفوري ، مثل الفحم والغاز الطبيعي أو الكتلة الحيوية أو الانشطار النووي. يمكن أن يأتي الوقود أيضًا من مصادر طبيعية ، مثل الطاقة الحرارية الأرضية - الحرارة الطبيعية المنبعثة من أعماق الأرض. يتم تشغيل المولدات الكهرومائية بواسطة طاقة الشلال. يقع أول مولد للطاقة الكهرومائية في العالم ، صممه نيكولا تيسلا وصممه جورج وستنجهاوس ، في شلالات نياجرا. يولد حوالي 4.9 مليون كيلوواط من الكهرباء ، وهو ما يكفي 3.8 مليون منزل.

من السهل جدًا إنشاء مولد. العديد من التصميمات ممكنة ، لكن أحد أسهلها يتكون من ملف ثابت ومغناطيس دوار. يتم لف الأسلاك حول مسمار مغطى بشريط مهين ، ويمكن أن يكون المغناطيس بسيطًا على شكل حدوة حصان. عندما تقوم بحفر ثقب عبر قاعدة المغناطيس ، أدخل عمودًا محكمًا وأرفق العمود بحفر ، يمكنك توليد ما يكفي من الكهرباء لإضاءة المصباح فقط عن طريق تشغيل المثقاب لجعل المغناطيس يدور حول لفه.