At generere noget er at skabe det ud fra andre ingredienser. Du kan muligvis generere en novelle ved hjælp af uddrag af ideer om verden omkring dig; mennesker genererer planer for deres liv baseret på information, de samler fra forskellige kilder.
En generator i dagligdagen er en enhed, der er i stand til at producere strøm, normalt elektricitet, til menneskelige bestræbelser. Da kraft og energi desværre ikke kan skabes fra ingenting, skal generatorer selv drives af en ekstern kilde af en slags, energi, som derefter kanaliseres til brugbar elektricitet. Hvis du nogensinde har brugt tid på at campere i en hytte, der ejes af godt forberedte mennesker, er du måske bekendt med konceptet med en gasdrevet generator. I dag findes en række forskellige typer generatorer, men alle er afhængige af de samme grundlæggende fysiske generatorers arbejdsprincipper.
Genererer elektricitet
I 1831 opdagede fysikeren Michael Faraday, at når en magnet bevæges inde i en trådspole, "strømmer" elektroner inde i ledningen med denne bevægelse kaldet elektrisk strøm. En generator er enhver maskine, der omdanner energi til elektrisk strøm, men uanset kilden til denne energi - det være sig kul, vandkraft eller vindkraft - den ultimative årsag til, at elektrisk strøm genereres, er gennem bevægelse inden i en magnetisk Mark.
Efter al sandsynlighed har du set magneter i aktion på en eller anden måde - måske de små, rektangulære magneter, der bruges i hjemmet og på kontoret til at anbringe genstande af interesse på køleskabe. En speciel type cylinderformet magnet, kaldet en elektromagnet, er placeret omkring en række isolerede spoler af ledende ledning (såsom en kobbertråd), der er viklet rundt om en central aksel. Hver af disse mange spoler er altså som en ring, der omgiver akslen og orienteret i en ret vinkel i forhold til akslen, ligesom forholdet mellem dæk og akslen, der holder dem. Når akslen, der er forbundet med ledningerne, roterer, genereres der en strøm, fordi den cylindriske elektromagnet uden for ledningerne roterer ikke sammen med dem og etablerer således relativ bevægelse mellem et magnetfelt og ladninger inde i ledningen tråd.
Den samme ting ville ske, hvis kilden til et magnetfelt bevægede sig i nærheden af en stationær ledning eller ledninger. Det betyder ikke noget, hvad der bevæger sig, magneten eller ledningen (eller begge dele), så længe der er relativ, løbende bevægelse mellem dem.
Den elektriske generator: Hvorfor?
Hvorfor er den igangværende elproduktion altid et problem? Hvorfor ved du, at dit liv vil blive afbrudt og sandsynligvis blive afbrudt, hvis "strømmen slukkes" i mere end en dag eller deromkring? Det enkle svar er, at mens mennesker kan opbevare enorme mængder fossile brændstoffer såsom naturgas og olie til brug i nødsituationer, er der ingen god måde at lagre store mængder elektricitet på. Du har sandsynligvis en version af menneskehedens bedste forsøg på at gemme elektricitet inden for rækkevidde, hvilket er et batteri. Men mens batterier, som alt andet i teknologiens verden, er vokset mere potente og holder længere over tid, er de det ekstremt begrænset med hensyn til deres kapacitet til at opretholde den slags massive spændingsudgange, der kræves for at drive hele byer og moderne økonomier.
Som et resultat af, at der ikke er nogen pålidelig måde at opbevare elektricitet på i den moderne verden, skal der altid være måder at producere den ud fra råmaterialer. Dette er grunden til, at de fleste virksomheder, afhængigt af deres art, har backupgeneratorer, hvis den omgivende byforsyning afbrydes. Mens en baseball-kortbutik, der mister strøm i en time, muligvis ikke er katastrofal, skal du overveje virkningerne på en intensivbehandling enhed, hvor el-drevne maskiner bogstaveligt talt holder mennesker i live ved at trække vejret for dem og andre vitale funktioner.
Elektricitetens fysik
Forestil dig to store, terningformede magneter placeret en meter fra hinanden, den ene med sin sydpol vendt mod den anden nordpol og derved skabe et stærkt, additivt magnetfelt mellem dem. Dette felt peger mod nordpolen og, og hvis enderne af magneterne er perfekt lodrette ind i forhold til gulvet er magnetfeltets retning parallel med gulvet som en stak usynlig tæpper. Hvis en ledende ledning, der står lige op, bevæges gennem mellemrummet mellem magneterne og forbliver nøjagtigt 0,5 meter fra hver er ledningens bevægelse vinkelret på magnetfeltet, og der genereres strøm langs tråd. Magnetfeltet, trådbevægelsen og strømretningen (og ledningens) er således gensidigt vinkelret.
Den vigtige takeaway fra dette er, at dette magnet-wire-arrangement er perfekt indstillet til at generere en jævn strømforsyning, så længe den centrale aksel fortsætter med at rotere, bevæge ledningerne, der er viklet inde i den cylindriske magnet på en sådan måde, at det sikres en jævn strøm af strøm gennem ledningerne og til en ekstern maskine, hjemmet eller hele strøm gitter. Tricket her er selvfølgelig at give kraften til skaftet til at dreje. Ingeniører har produceret en række forskellige slags generatorer, der bruger forskellige strømkilder.
Typer af generatorer
Elektriske generatorer kan opdeles i termiske generatorer, der bruger varme til at generere elektricitet, og kinetiske generatorer, der bruger bevægelsesenergien til at producere elektricitet. (Bemærk, at varme, arbejde og energi alle har de samme enheder - normalt joule eller et multipel deraf, men nogle gange kalorier, ergs eller britiske termiske enheder [BTU]. Effekt er energi pr. Tidsenhed og er typisk i watt eller hestekræfter.)
Termiske generatorer: Fossilbrændselsgeneratorer er industristandarden og drives af forbrænding af kul, råolie (olie) eller naturgas. Disse brændstoffer er rigelige, men endelige, og de skaber et væld af miljø- og sundhedsproblemer, der har ansporet menneskeheden til at komme med alternativer. Kraftvarmeproduktion indebærer rørledning af affaldsdamp fra denne slags anlæg til kunder, der bruger dampen til deres egne mindre generatorer. Atomkraft er udnyttelse af den energi, der frigives under nuklear fission, en "ren" men kontroversiel proces. Naturgas generatorer producerer elektricitet uden at producere damp og kan kombineres med dampgenerering. Biomasse planter, hvor ikke-traditionelle genstande bruges som brændstof (såsom træ eller plantemateriale), har fået fart i begyndelsen af det 21. århundrede.
Kinetiskgeneratorer: De to hovedtyper af kinetiske elgeneratorer er vandkraftværker og vindkraft (eller vindmøller). Vandkraftværker stole på strømmen af vand for at dreje akslerne inde i generatorer. Fordi få floder strømmer gennem året med noget, der ligner en jævn hastighed, involverer de fleste af disse faciliteter kunstige søer skabt af dæmninger (såsom søen Mead i det sydlige Nevada og det nordlige Arizona, dannet af Hoover Dam), så strømmen over møllerne kan manipuleres kunstigt i overensstemmelse med arealet behov. Vindkraft har fordelen ved ikke at forstyrre lokalt land og vilde dyr på samme måde som kunstige søer gør, men luft er meget mindre effektiv end vand ved generering af strøm, og det bærer også problemet med forskellige niveauer og hastigheder på vind. Mens "vindmølleparker" kan involvere et antal møller, der er bundet sammen for at skabe et bestemt niveau af kraft, vindkraft, der var tilstrækkelig til at levere elektricitet til store samfund, var endnu ikke mulig 2018.