Как работи генераторът?

Да генерираш нещо означава да го създадеш от други съставки. Може да генерирате кратка история, използвайки фрагменти от идеи за света около вас; хората генерират планове за живота си въз основа на информация, която събират от различни източници.

На всекидневен език генераторът е субект, който е способен да произвежда енергия, обикновено електрическа, за човешките начинания. Тъй като енергията и енергията, за съжаление, не могат да бъдат създадени от нищото, самите генератори трябва да се захранват от някакъв външен източник, енергия, която след това се насочва в използваема електроенергия. Ако някога сте прекарвали време на къмпинг в каюта, собственост на добре подготвени хора, може би сте запознати с концепцията за генератор, работещ на газ. Днес съществуват различни видове генератори, но всички те разчитат на едни и същи основни принципи на работа на физическия генератор.

През 1831 г. физикът Майкъл Фарадей открива, че когато магнитът се движи вътре в намотка от тел, електроните "текат" вътре в жицата, като това движение се нарича електрически ток. Генератор е всяка машина, която преобразува енергията в електрически ток, но независимо от източника на тази енергия - било то въглища, хидро или вятърна енергия - крайната причина, поради която се генерира електрически ток, е чрез движение в магнит поле.

По всяка вероятност сте виждали магнити в действие по някакъв начин - може би малките правоъгълни магнити, използвани в настройките на дома и офиса за прикрепване на предмети, представляващи интерес за хладилници. Специален вид цилиндричен магнит, наречен електромагнит, е поставен около поредица от изолирани намотки от проводящ проводник (като медна жица), които са увити около централен вал. Следователно всяка от тези много намотки е като пръстен, заобикалящ вала и ориентиран под прав ъгъл спрямо оста на вала, подобно на връзката на гумите с оста, която ги държи. Когато валът, свързан към проводниците, се върти, се генерира ток, тъй като цилиндричният електромагнит извън проводниците не се върти заедно с тях, като по този начин установява относително движение между магнитното поле и зарядите вътре в проводника тел.

Същото би се случило, ако източникът на магнитно поле се движи в близост до неподвижен проводник или проводници. Няма значение кое се движи, магнитът или жицата (или и двете), стига да има относително, непрекъснато движение между тях.

Защо продължаващото производство на електроенергия винаги е проблем? Защо знаете, че животът ви ще бъде прекъснат и вероятно нарушен, ако "токът спре" за повече от един ден? Простият отговор е, че докато хората могат да съхраняват огромни количества изкопаеми горива като природен газ и нефт за използване при извънредни ситуации, няма добър начин за съхраняване на големи количества електричество. Вероятно имате версия на най-добрия опит на човечеството да съхранява електричество в обсега, което е батерия. Но докато батериите, както и всичко останало в света на технологиите, са станали по-мощни и по-дълготрайни с течение на времето, те са изключително ограничени по отношение на техния капацитет да поддържат вида масивни изходи на напрежение, необходими за захранване на цели градове и модерни икономики.

В резултат на това, че няма надежден начин за съхранение на електричество, в съвременния свят винаги трябва да има начини за производството му от суровини. Ето защо повечето предприятия, в зависимост от тяхното естество, имат резервни генератори, в случай че снабдяването на околния град бъде прекъснато. Докато магазин за бейзболни карти, губещ енергия за един час, може да не е катастрофален, помислете за ефектите в болница за интензивно лечение единица, в която машините с електрическо захранване буквално поддържат хората живи чрез дишане за тях и други жизненоважни функции.

Представете си два големи магнита с форма на куб, разположени на метър един от друг, единият с южния полюс е обърнат към северния полюс на другия и по този начин създава силно адитивно магнитно поле между тях. Това поле сочи към северния полюс и, и ако краищата на магнитите са идеално вертикални в по отношение на пода, посоката на магнитното поле е успоредна на пода, като купчина невидими килими. Ако проводящ проводник, стоящ право нагоре, се премести през пространството между магнитите и остане точно 0,5 метра от всеки, движението на проводника е перпендикулярно на магнитното поле и токът се генерира по протежение на тел. По този начин магнитното поле, движението на проводника и посоката на тока (и това на проводника) са взаимно перпендикулярни.

Важният извод от това е, че това устройство с магнитни проводници е идеално създадено за генериране на стабилно снабдяване с електричество, докато централната шахта продължава завъртете се, като преместите проводниците, навити вътре в цилиндричния магнит, по такъв начин, че да осигурите постоянен поток на ток през проводниците и към външна машина, дом или цяла мощност мрежа. Номерът тук, разбира се, е да се осигури мощността на вала да се върти. Инженерите са произвели множество различни видове генератори, които използват различни източници на енергия.

Електрическите генератори могат да бъдат разделени на топлинни генератори, които използват топлина, за да генерират електричество, и кинетични генератори, които използват енергията на движението, за да произвеждат електричество. (Обърнете внимание, че топлината, работата и енергията имат едни и същи единици - обикновено джаули или множество от тях, но понякога калории, ерги или британски термични единици [BTU]). Мощността е енергия за единица време и обикновено е във ватове или конски сили.)

Термогенератори: Генераторите на изкопаеми горива са индустриален стандарт и се захранват от изгарянето на въглища, петрол (нефт) или природен газ. Тези горива са в изобилие, но са ограничени и създават множество проблеми с околната среда и здравето, които подтикват човечеството да намери алтернативи. Когенерация включва отвеждането на отпадъчната пара от тези видове инсталации до клиенти, които използват парата за свои собствени по-малки генератори. Ядрената енергия е използването на енергията, отделена по време на ядрено делене, „чист“, но спорен процес. Природен газ генераторите произвеждат електричество, без да произвеждат пара и могат да се комбинират с производство на пара. Биомаса растенията, в които нетрадиционни артикули се използват като гориво (като дърво или растителни вещества), набраха скорост в началото на 21 век.

Кинетиченгенератори: Двата основни вида генератори на кинетична електроенергия са водноелектрическите централи и вятърната енергия (или вятърни турбини). Водноелектрически централи разчитайте на потока вода, за да въртите шахтите вътре в генераторите. Тъй като през цялата година малко реки текат с нещо, наподобяващо стабилна скорост, повечето от тези съоръжения включват изкуствени езера, създадени от язовири (като езерото) Медовина в южна Невада и северна Аризона, образувана от язовир Хувър), така че потокът през турбините да може да бъде изкуствено манипулиран в съответствие с площта нужди. Вятърната енергия има предимството да не нарушава местната земя и дивата природа по същия начин, както изкуствените езера, но въздухът е много по-малко ефективен от водата при генериране на енергия, а също така носи проблема с различни нива и скорости на вятър. Докато "вятърните ферми" могат да включват множество турбини, свързани заедно, за да създадат определено ниво на мощност, вятърна енергия, достатъчна за осигуряване на електричество на значителни общности, все още не беше осъществима 2018.