Πώς λειτουργεί μια γεννήτρια;

Το να δημιουργείς κάτι είναι να το δημιουργήσεις από άλλα συστατικά. Μπορείτε να δημιουργήσετε μια διήγηση χρησιμοποιώντας αποσπάσματα ιδεών για τον κόσμο γύρω σας. Οι άνθρωποι δημιουργούν σχέδια για τη ζωή τους με βάση τις πληροφορίες που συγκεντρώνουν από διάφορες πηγές.

Μια γεννήτρια, στην καθημερινή γλώσσα, είναι μια οντότητα που είναι ικανή να παράγει ενέργεια, συνήθως ηλεκτρική ενέργεια, για ανθρώπινες προσπάθειες. Δεδομένου ότι η ισχύς και η ενέργεια, δυστυχώς, δεν μπορούν να δημιουργηθούν από το τίποτα, οι ίδιοι οι γεννήτριες πρέπει να τροφοδοτούνται από μια εξωτερική πηγή κάποιου είδους, ενέργεια που στη συνέχεια διοχετεύεται σε χρησιμοποιήσιμη ηλεκτρική ενέργεια. Εάν έχετε περάσει ποτέ το χρόνο κάμπινγκ σε μια καμπίνα που ανήκει σε καλά προετοιμασμένους ανθρώπους, ίσως να είστε εξοικειωμένοι με την ιδέα μιας γεννήτριας με φυσικό αέριο. Σήμερα, υπάρχει μια ποικιλία τύπων γεννητριών, αλλά όλα βασίζονται στις ίδιες βασικές αρχές φυσικής γεννήτριας.

Το 1831, ο φυσικός Michael Faraday ανακάλυψε ότι όταν ένας μαγνήτης κινείται μέσα σε ένα πηνίο σύρματος, τα ηλεκτρόνια "ρέουν" μέσα στο καλώδιο, με αυτήν την κίνηση να ονομάζεται ηλεκτρικό ρεύμα. Μια γεννήτρια είναι κάθε μηχανή που μετατρέπει την ενέργεια σε ηλεκτρικό ρεύμα, αλλά ανεξάρτητα από την πηγή αυτής της ενέργειας - ας είναι άνθρακας, υδροηλεκτρική ή αιολική ενέργεια - ο απόλυτος λόγος που δημιουργείται το ηλεκτρικό ρεύμα είναι μέσω της κίνησης μέσα σε ένα μαγνητικό πεδίο.

Κατά πάσα πιθανότητα, έχετε δει τους μαγνήτες να ενεργούν με κάποιο τρόπο - ίσως τους μικρούς, ορθογώνιους μαγνήτες που χρησιμοποιούνται στις ρυθμίσεις σπιτιού και γραφείου για την τοποθέτηση αντικειμένων που ενδιαφέρουν τα ψυγεία. Ένα ειδικό είδος κυλίνδρου μαγνήτη, που ονομάζεται ηλεκτρομαγνήτης, τοποθετείται γύρω από μια σειρά μονωμένων πηνίων αγώγιμου σύρματος (όπως ένα χαλκό σύρμα) που τυλίγονται γύρω από έναν κεντρικό άξονα. Καθένα από αυτά τα πολλά πηνία, λοιπόν, είναι σαν δακτύλιος που περιβάλλει τον άξονα και προσανατολίζεται σε ορθή γωνία προς τον άξονα του άξονα, μοιάζει με τη σχέση των ελαστικών με τον άξονα που τα συγκρατεί. Όταν ο άξονας που συνδέεται με τα καλώδια περιστρέφεται, δημιουργείται ρεύμα, επειδή ο κυλινδρικός ηλεκτρομαγνήτης έξω από τα καλώδια δεν περιστρέφεται μαζί τους, δημιουργώντας έτσι σχετική κίνηση μεταξύ μαγνητικού πεδίου και φορτίων στο εσωτερικό του αγωγού σύρμα.

Το ίδιο θα συνέβαινε εάν η πηγή ενός μαγνητικού πεδίου μετακινήθηκε κοντά σε ένα σταθερό καλώδιο ή σύρματα. Δεν έχει σημασία ποιος κινείται, ο μαγνήτης ή το καλώδιο (ή και τα δύο), αρκεί να υπάρχει σχετική, συνεχής κίνηση μεταξύ τους.

Γιατί η συνεχιζόμενη παραγωγή ηλεκτρισμού αποτελεί πάντα ανησυχία; Γιατί γνωρίζετε ότι η ζωή σας θα διακοπεί και πιθανότατα θα διακοπεί εάν "η δύναμη σβήσει" για περισσότερο από μια μέρα περίπου; Η απλή απάντηση είναι ότι, ενώ οι άνθρωποι μπορούν να αποθηκεύουν τεράστιες ποσότητες ορυκτών καυσίμων όπως το φυσικό αέριο και το πετρέλαιο για χρήση σε καταστάσεις έκτακτης ανάγκης, δεν υπάρχει καλός τρόπος αποθήκευσης μεγάλων ποσοτήτων ηλεκτρικής ενέργειας. Πιθανότατα έχετε μια εκδοχή της καλύτερης προσπάθειας της ανθρωπότητας να αποθηκεύσετε ηλεκτρικό ρεύμα σε απόσταση, που είναι μια μπαταρία. Αλλά ενώ οι μπαταρίες, όπως όλα τα άλλα στον κόσμο της τεχνολογίας, έχουν αυξηθεί πιο ισχυρές και διαρκούν περισσότερο με την πάροδο του χρόνου, είναι εξαιρετικά περιορισμένη από την άποψη της ικανότητάς τους να διατηρούν το είδος των τεράστιων εξόδων τάσης που απαιτούνται για την τροφοδότηση ολόκληρων πόλεων και σύγχρονων οικονομίες.

Ως αποτέλεσμα του ότι δεν υπάρχει αξιόπιστος τρόπος αποθήκευσης ηλεκτρικής ενέργειας, στον σύγχρονο κόσμο, πρέπει πάντα να υπάρχουν τρόποι παραγωγής του από πρώτες ύλες. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο οι περισσότερες επιχειρήσεις, ανάλογα με τη φύση τους, διαθέτουν εφεδρικές γεννήτριες σε περίπτωση διακοπής της παροχής της πόλης. Ενώ ένα κατάστημα με κάρτες μπέιζμπολ που χάνει δύναμη για μια ώρα μπορεί να μην είναι καταστροφικό, σκεφτείτε τα αποτελέσματα σε μια νοσοκομειακή εντατική θεραπεία μονάδα στην οποία οι ηλεκτρικές μηχανές διατηρούν κυριολεκτικά τους ανθρώπους ζωντανούς μέσω της αναπνοής τους και άλλων ζωτικών λειτουργίες.

Φανταστείτε δύο μεγάλους μαγνήτες σε σχήμα κύβου τοποθετημένους σε απόσταση ενός μέτρου, ο ένας με τον νότιο πόλο του να βλέπει στο βόρειο πόλο του άλλου και δημιουργώντας έτσι ένα ισχυρό, πρόσθετο μαγνητικό πεδίο μεταξύ τους. Αυτό το πεδίο δείχνει προς τον βόρειο πόλο και, και εάν τα άκρα των μαγνητών είναι τέλεια κατακόρυφα σε σχέση με το δάπεδο, η κατεύθυνση του μαγνητικού πεδίου είναι παράλληλη με το δάπεδο, σαν μια στοίβα αόρατου χαλιά. Εάν ένα αγώγιμο σύρμα που στέκεται ευθεία μετακινείται μέσω του διαστήματος μεταξύ των μαγνητών και παραμένει ακριβώς 0,5 μέτρα από το καθένα, η κίνηση του σύρματος είναι κάθετη στο μαγνητικό πεδίο και παράγεται ρεύμα κατά μήκος του σύρμα. Το μαγνητικό πεδίο, η κίνηση του σύρματος και η κατεύθυνση του ρεύματος (και αυτή του σύρματος) είναι έτσι κάθετα αμοιβαία.

Η σημαντική απομάκρυνση από αυτό είναι ότι αυτή η διάταξη μαγνητικού σύρματος έχει ρυθμιστεί τέλεια για να παράγει σταθερή παροχή ηλεκτρικού ρεύματος όσο συνεχίζει ο κεντρικός άξονας περιστρέψτε, μετακινώντας τα σύρματα που τυλίγονται μέσα στον κυλινδρικό μαγνήτη με τέτοιο τρόπο ώστε να διασφαλίζεται μια σταθερή ροή ρεύματος μέσω των καλωδίων και σε μια εξωτερική μηχανή, σπίτι ή ολόκληρη ισχύ πλέγμα. Το κόλπο εδώ, φυσικά, παρέχει τη δύναμη για να περιστραφεί ο άξονας. Οι μηχανικοί έχουν παραγάγει μια ποικιλία διαφορετικών ειδών γεννητριών που χρησιμοποιούν διαφορετικές πηγές ισχύος.

Οι ηλεκτρικές γεννήτριες μπορούν να χωριστούν σε θερμικές γεννήτριες, οι οποίες χρησιμοποιούν τη θερμότητα για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, και κινητικές γεννήτριες, οι οποίες χρησιμοποιούν την ενέργεια της κίνησης για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. (Σημειώστε ότι η θερμότητα, η εργασία και η ενέργεια έχουν όλες τις ίδιες μονάδες - συνήθως joules ή πολλαπλάσια, αλλά μερικές φορές θερμίδες, εργοστάσια ή βρετανικές θερμικές μονάδες [BTU]. Η ισχύς είναι ενέργεια ανά μονάδα χρόνου και συνήθως είναι σε βατ ή ιπποδύναμη.)

Θερμικές γεννήτριες: Οι γεννήτριες ορυκτών καυσίμων είναι το βιομηχανικό πρότυπο και τροφοδοτούνται από την καύση άνθρακα, πετρελαίου (πετρελαίου) ή φυσικού αερίου. Αυτά τα καύσιμα είναι άφθονα αλλά πεπερασμένα και δημιουργούν μια σειρά από περιβαλλοντικά προβλήματα και προβλήματα υγείας που έχουν ωθήσει την ανθρωπότητα να βρει εναλλακτικές λύσεις. Συμπαραγωγή περιλαμβάνει τη διοχέτευση του απορριμμένου ατμού από τέτοιου είδους εγκαταστάσεις σε πελάτες που χρησιμοποιούν τον ατμό για τις δικές τους μικρότερες γεννήτριες. Πυρηνική δύναμη είναι η αξιοποίηση της ενέργειας που απελευθερώνεται κατά την πυρηνική σχάση, μια «καθαρή» αλλά αμφιλεγόμενη διαδικασία. Φυσικό αέριο οι γεννήτριες παράγουν ηλεκτρισμό χωρίς να παράγουν ατμό και μπορούν να συνδυαστούν με την παραγωγή ατμού. Βιομάζα Τα φυτά, στα οποία τα μη παραδοσιακά είδη χρησιμοποιούνται ως καύσιμα (όπως ξύλο ή φυτική ύλη), έχουν αποκτήσει δυναμική στις αρχές του 21ου αιώνα.

Κινητικόςγεννήτριες: Τα δύο κύρια είδη γεννητριών κινητικής ηλεκτρικής ενέργειας είναι οι υδροηλεκτρικές εγκαταστάσεις και η αιολική ενέργεια (ή οι ανεμογεννήτριες). Υδροηλεκτρικά φυτά βασιστείτε στη ροή του νερού για να περιστρέψετε τους άξονες μέσα στις γεννήτριες. Επειδή λίγα ποτάμια ρέουν καθ 'όλη τη διάρκεια του έτους σε κάτι που μοιάζει με σταθερό ρυθμό, οι περισσότερες από αυτές τις εγκαταστάσεις περιλαμβάνουν τεχνητές λίμνες που δημιουργούνται από φράγματα (όπως η λίμνη Mead στη νότια Νεβάδα και τη βόρεια Αριζόνα, που σχηματίζεται από το φράγμα Hoover) έτσι ώστε η ροή διαμέσου των στροβίλων να μπορεί να τεχνητά χειριστεί σύμφωνα με την περιοχή ανάγκες των. Αιολική ενέργεια έχει το πλεονέκτημα να μην διαταράσσει την τοπική γη και την άγρια ​​ζωή με τον ίδιο τρόπο που κάνουν οι τεχνητές λίμνες, αλλά ο αέρας είναι πολύς λιγότερο αποδοτικό από το νερό κατά την παραγωγή ενέργειας, και φέρει επίσης το πρόβλημα των διαφόρων επιπέδων και ταχυτήτων άνεμος. Ενώ οι "ανεμόμυλοι" μπορούν να περιλαμβάνουν έναν αριθμό στροβίλων που συνδέονται μεταξύ τους για τη δημιουργία ενός συγκεκριμένου επιπέδου ισχύς, αιολική ενέργεια επαρκής για την παροχή ηλεκτρικής ενέργειας σε αρκετά μεγάλες κοινότητες δεν ήταν ακόμη εφικτή από τότε 2018.