Generovat něco znamená vytvořit to z jiných ingrediencí. Můžete vytvořit povídku pomocí úryvků nápadů o světě kolem vás; lidé vytvářejí plány pro svůj život na základě informací, které shromažďují z různých zdrojů.
Generátor v každodenním jazyce je entita, která je schopná produkovat energii, obvykle elektřinu, pro lidské úsilí. Jelikož moc a energii nelze bohužel vytvořit z ničeho, musí být samotné generátory napájeny z nějakého vnějšího zdroje, energie, která je poté směrována do použitelné elektřiny. Pokud jste někdy trávili čas kempováním v kabině vlastněné dobře připravenými lidmi, možná vám je blízký koncept plynového generátoru. Dnes existuje celá řada typů generátorů, ale všechny se spoléhají na stejné základní principy fungování fyzického generátoru.
Výroba elektřiny
V roce 1831 fyzik Michael Faraday objevil, že když se magnet pohybuje v cívce drátu, uvnitř drátu „proudí“ elektrony, tento pohyb se nazývá elektrický proud. Generátor je jakýkoli stroj, který převádí energii na elektrický proud, ale bez ohledu na zdroj této energie - ať už je to uhlí, vodní nebo větrná energie - hlavním důvodem generování elektrického proudu je pohyb uvnitř magnetu pole.
S největší pravděpodobností jste nějakým způsobem viděli magnety v akci - možná malé obdélníkové magnety používané v domácím a kancelářském prostředí k připevnění předmětů, které vás zajímají, na ledničky. Speciální druh magnetu ve tvaru válce, nazývaný elektromagnet, je umístěn kolem řady izolovaných cívek vodivého drátu (například měděného drátu), které jsou ovinuty kolem centrální hřídele. Každá z těchto mnoha cívek je tedy jako prstenec obklopující hřídel a orientovaný v pravém úhlu k ose hřídele, podobně jako vztah pneumatik k nápravě, která je drží. Když se hřídel připojený k vodičům otáčí, generuje se proud, protože válcový elektromagnet mimo dráty se neotáčí spolu s nimi, čímž vytváří relativní pohyb mezi magnetickým polem a náboji uvnitř vedení drát.
Totéž by se stalo, kdyby se zdroj magnetického pole pohyboval v blízkosti nehybného drátu nebo drátů. Nezáleží na tom, který se pohybuje, magnet nebo drát (nebo obojí), pokud mezi nimi probíhá relativní neustálý pohyb.
Elektrický generátor: Proč?
Proč je pokračující výroba elektřiny vždy problémem? Čím to je, že víte, že váš život bude přerušen a pravděpodobně narušen, pokud „dojde k výpadku napájení“ déle než asi den? Jednoduchá odpověď je, že zatímco lidé mohou pro mimořádné situace ukládat obrovské množství fosilních paliv, jako je zemní plyn a ropa, neexistuje dobrý způsob skladování velkého množství elektřiny. Pravděpodobně máte verzi nejlepšího pokusu lidstva ukládat elektřinu na dosah, což je baterie. Ale zatímco baterie, stejně jako všechno ostatní ve světě technologií, rostly v průběhu času účinněji a s delší životností, jsou extrémně omezené, pokud jde o jejich kapacitu k udržení druhu masivních napěťových výstupů potřebných k napájení celých měst a moderní ekonomiky.
V důsledku toho, že neexistuje spolehlivý způsob skladování elektřiny, v moderním světě musí vždy existovat způsoby, jak ji vyrábět ze surovin. To je důvod, proč většina podniků, v závislosti na jejich povaze, má záložní generátory pro případ, že dojde k přerušení dodávky okolního města. Zatímco obchod s baseballovými kartami, který ztrácí energii na hodinu, nemusí být katastrofický, zvažte účinky v nemocnici na jednotce intenzivní péče jednotka, ve které stroje na elektrický pohon doslova udržují lidi naživu dýcháním pro ně a dalšími životně důležitými funkce.
Fyzika elektřiny
Představte si dva velké krychlové magnety umístěné jeden metr od sebe, jeden s jižním pólem obráceným k severnímu pólu druhého a vytvářející mezi nimi silné aditivní magnetické pole. Toto pole směřuje k severnímu pólu, a pokud jsou konce magnetů dokonale svislé ve vztahu k podlaze je směr magnetického pole rovnoběžný s podlahou, jako hromada neviditelného koberce. Pokud se vodivý drát stojící přímo vzhůru pohybuje prostorem mezi magnety a zůstává přesně 0,5 metrů od každého je pohyb drátu kolmý na magnetické pole a proud je generován podél drát. Magnetické pole, pohyb drátu a směr proudu (a směr drátu) jsou tedy vzájemně kolmé.
Důležité je, že toto uspořádání magnetického drátu je dokonale nastaveno tak, aby generovalo stálý přísun elektřiny, dokud centrální hřídel pokračuje otáčet a pohybovat dráty stočenými uvnitř válcového magnetu takovým způsobem, aby byl zajištěn stálý tok proudu dráty a do externího stroje, domácnosti nebo celé energie mřížka. Trik zde samozřejmě poskytuje energii pro otáčení hřídele. Inženýři vyrobili řadu různých druhů generátorů, které využívají různé zdroje energie.
Typy generátorů
Elektrické generátory lze rozdělit na tepelné generátory, které k výrobě elektřiny využívají teplo, a kinetické generátory, které k výrobě elektřiny využívají energii pohybu. (Všimněte si, že teplo, práce a energie mají stejné jednotky - obvykle jouly nebo jejich násobek, ale někdy kalorie, ergy nebo britské tepelné jednotky [BTU]. Síla je energie za jednotku času a je obvykle ve wattech nebo koňských silách.)
Tepelné generátory: Generátory fosilních paliv jsou průmyslovým standardem a jsou poháněny spalováním uhlí, ropy (ropy) nebo zemního plynu. Tato paliva jsou bohatá, ale omezená a vytvářejí řadu ekologických a zdravotních problémů, které podnítily lidstvo k tomu, aby přišlo s alternativami. Kogenerace zahrnuje odvádění odpadní páry z těchto druhů zařízení k zákazníkům, kteří páru používají pro své vlastní menší generátory. Jaderná energie je využití energie uvolněné během štěpení jader, „čistý“, ale kontroverzní proces. Zemní plyn generátory vyrábějí elektřinu bez produkce páry a lze je kombinovat s výrobou páry. Biomasa rostliny, ve kterých se jako palivo používají netradiční předměty (například dřevo nebo rostlinná hmota), nabraly na počátku 21. století na síle.
Kinetickýgenerátory: Dva hlavní druhy generátorů kinetické elektřiny jsou vodní elektrárny a větrná energie (nebo větrné turbíny). Vodní elektrárny spoléhat se na tok vody, aby roztočil hřídele uvnitř generátorů. Vzhledem k tomu, že po celý rok teče několik řek a cokoli připomíná ustálenou rychlost, většina z těchto zařízení zahrnuje umělá jezera vytvořená přehradami (například jezero Medovina v jižní Nevadě a severní Arizoně, tvořená přehradou Hoover Dam), aby bylo možné uměle manipulovat s tokem přes turbíny v souladu s oblastí potřeby. Síla větru má tu výhodu, že neruší místní půdu a divokou zvěř stejným způsobem jako umělá jezera, ale vzduch je hodně méně efektivní než voda při výrobě energie a také s sebou nese problém různých úrovní a rychlostí vítr. Zatímco "větrné farmy" mohou zahrnovat několik turbín propojených dohromady, aby vytvořily určitou úroveň energie, větrná energie dostatečná k poskytnutí elektřiny značným komunitám dosud nebyla proveditelná 2018.