Eine Batterie wandelt chemische Energie in Strom um und eine Solarzelle erzeugt Strom aus der Sonnenenergie, aber wenn du aus mechanischer Energie Strom erzeugen willst, brauchst du eine Induktion Generator. Diese Generatoren können klein genug sein, um eine Taschenlampe im Kurbelstil anzutreiben, oder groß genug, um ganze Städte mit Energie zu versorgen, aber alle arbeiten am Prinzip der elektromagnetischen Induktion, entdeckt von Michael Faraday, dem englischen Physiker des 19. Erfinder. Heute versorgen Induktionsgeneratoren, die mit einer Vielzahl von Brennstoffen betrieben werden, den Großteil der Weltbevölkerung mit Strom.
So funktioniert die Induktion
Faradays Induktionsexperiment ist wahrscheinlich eines der wichtigsten in der Physik, und es war relativ einfach. Er wickelte ein Stück leitfähigen Draht um einen runden Kern und verband den Draht mit einem Meter. Er fand heraus, dass das Bewegen eines Magneten durch die Mitte des Kreises dazu führte, dass Strom im Draht floss. Der Strom hörte auf, als er aufhörte, den Magneten zu bewegen, und er floss in die entgegengesetzte Richtung, wenn er die Richtung des Magneten umkehrte. Später formulierte er das Gesetz der elektromagnetischen Induktion, das heute als Faradaysches Gesetz bekannt ist Stärke des Stroms zur Größe der Magnetfeldänderung, auch bekannt als magnetisch Fluss. Die Stärke des Magneten, die Anzahl der Spulen um den Kern und die Eigenschaften des leitenden Drahtes beeinflussen die Berechnungen für reale Generatoren.
Wie Generatoren Induktion nutzen
Unabhängig davon, ob sich Generatoren in einem Haushaltsgenerator, Ihrem Auto oder einem Kernkraftwerk befinden, verfügen Generatoren im Allgemeinen über die gleichen Funktionen. Sie umfassen einen Rotor mit einem hohlen Kern, der sich um einen Stator dreht. Der Stator ist typischerweise ein starker Magnet, während die elektrisch leitenden Spulen um den Rotor gewickelt sind. Bei einigen Generatoren sind die Spulen um den Stator gewickelt und der Rotor magnetisiert. Es spielt keine Rolle. Auf jeden Fall fließt Strom.
Der Rotor muss sich drehen, damit Strom fließen kann, und hier kommt die mechanische Energie ins Spiel. Große Generatoren erschließen eine Vielzahl von Brennstoffen und natürlichen Prozessen für diese Energie. Bei jeder Drehung des Rotors stoppt der Stromfluss, kehrt sich um, stoppt wieder und kehrt in die Vorwärtsrichtung zurück. Diese Art von Elektrizität wird Wechselstrom genannt, und die Anzahl der Richtungsänderungen in einer Sekunde ist ein wichtiges Merkmal.
Kraftstoffarten
Der Rotor in den meisten Generatoren ist mit einer Turbine verbunden, und in vielen Kraftwerken wird die Turbine dampfbetrieben. Zur Erzeugung dieses Dampfes wird Energie benötigt, um Wasser zu erhitzen, und diese Energie kann durch fossile Brennstoffe wie Kohle und Erdgas, Biomasse oder Kernspaltung bereitgestellt werden. Der Brennstoff kann auch aus natürlichen Quellen stammen, wie zum Beispiel Geothermie – natürliche Wärme, die aus der Tiefe des Bodens stammt. Wasserkraftgeneratoren werden durch die Energie eines Wasserfalls angetrieben. Der weltweit erste Wasserkraftgenerator, entworfen von Nikola Tesla und gebaut von George Westinghouse, steht an den Niagarafällen. Es erzeugt rund 4,9 Millionen Kilowatt Strom, genug für 3,8 Millionen Haushalte.
Machen Sie Ihren eigenen Generator
Es ist sehr einfach, einen Generator zu konstruieren. Viele Ausführungen sind möglich, aber eine der einfachsten besteht aus einer stationären Spule und einem rotierenden Magneten. Die Drähte werden um einen mit Isolierband beschichteten Nagel gewickelt, und der Magnet kann einfach hufeisenförmig sein. Wenn Sie ein Loch durch die Basis des Magneten bohren, setzen Sie einen festsitzenden Schaft ein und befestigen Sie den Schaft an einem Bohrer. Sie können genug Strom erzeugen, um eine Glühbirne zu entzünden, indem Sie einfach den Bohrer betätigen, um den Magneten um die Spule.