Générer quelque chose, c'est le créer à partir d'autres ingrédients. Vous pouvez générer une courte histoire en utilisant des extraits d'idées sur le monde qui vous entoure; les gens élaborent des plans pour leur vie à partir d'informations qu'ils rassemblent à partir de diverses sources.
Un générateur, dans le langage courant, est une entité capable de produire de l'énergie, généralement de l'électricité, pour les activités humaines. Étant donné que la puissance et l'énergie ne peuvent malheureusement pas être créées à partir de rien, les générateurs eux-mêmes doivent être alimentés par une source externe quelconque, énergie qui est ensuite canalisée en électricité utilisable. Si vous avez déjà passé du temps à camper dans une cabane appartenant à des personnes bien préparées, vous connaissez peut-être le concept d'un générateur à essence. Aujourd'hui, il existe une variété de types de générateurs, mais tous reposent sur les mêmes principes de fonctionnement fondamentaux des générateurs physiques.
Générer de l'électricité
En 1831, le physicien Michael Faraday a découvert que lorsqu'un aimant est déplacé à l'intérieur d'une bobine de fil, des électrons « circulent » à l'intérieur du fil, avec ce mouvement appelé courant électrique. Un générateur est une machine qui convertit l'énergie en courant électrique, mais quelle que soit la source de cette énergie - que ce soit le charbon, l'hydroélectricité ou l'énergie éolienne - la raison ultime pour laquelle le courant électrique est généré est le mouvement dans un champ magnétique domaine.
Selon toute vraisemblance, vous avez vu des aimants en action d'une manière ou d'une autre – peut-être les petits aimants rectangulaires utilisés à la maison et au bureau pour fixer des objets d'intérêt aux réfrigérateurs. Un type spécial d'aimant en forme de cylindre, appelé électro-aimant, est placé autour d'une série de bobines isolées de fil conducteur (comme un fil de cuivre) qui sont enroulées autour d'un arbre central. Chacune de ces nombreuses bobines est donc comme un anneau entourant l'arbre et orienté à angle droit par rapport à l'axe de l'arbre, un peu comme la relation des pneus à l'essieu qui les maintient. Lorsque l'arbre connecté aux fils tourne, un courant est généré, car l'électro-aimant cylindrique à l'extérieur des fils ne tourne pas avec eux, établissant ainsi un mouvement relatif entre un champ magnétique et des charges à l'intérieur du conducteur fil.
La même chose se produirait si la source d'un champ magnétique se déplaçait à proximité d'un ou de plusieurs fils fixes. Peu importe ce qui bouge, l'aimant ou le fil (ou les deux), tant qu'il y a un mouvement relatif et continu entre eux.
Le générateur électrique: pourquoi ?
Pourquoi la production continue d'électricité est-elle toujours une préoccupation? Pourquoi savez-vous que votre vie sera interrompue et probablement perturbée si « le courant est coupé » pendant plus d'une journée? La réponse simple est que, alors que les humains peuvent stocker d'énormes quantités de combustibles fossiles tels que le gaz naturel et le pétrole pour une utilisation en cas d'urgence, il n'y a pas de bonne façon de stocker de grandes quantités d'électricité. Vous avez très probablement une version de la meilleure tentative de l'humanité pour stocker l'électricité à portée de main, qui est une batterie. Mais alors que les batteries, comme tout le reste dans le monde de la technologie, sont devenues plus puissantes et plus durables au fil du temps, elles sont extrêmement limité en termes de capacité à soutenir le type de sorties de tension massives nécessaires pour alimenter des villes entières et des économies.
Comme il n'existe aucun moyen fiable de stocker l'électricité, dans le monde moderne, il doit toujours y avoir des moyens de la produire à partir de matières premières. C'est pourquoi la plupart des entreprises, selon leur nature, disposent de groupes électrogènes de secours en cas d'interruption de l'alimentation ambiante de la ville. Alors qu'un magasin de cartes de baseball perdant de l'électricité pendant une heure peut ne pas être catastrophique, considérez les effets dans un hôpital de soins intensifs unité dans laquelle des machines électriques maintiennent littéralement les gens en vie en respirant pour eux et d'autres les fonctions.
La physique de l'électricité
Imaginez deux grands aimants en forme de cube placés à un mètre l'un de l'autre, l'un avec son pôle sud face au pôle nord de l'autre et créant ainsi un champ magnétique additif puissant entre eux. Ce champ pointe vers le pôle nord et, et si les extrémités des aimants sont parfaitement verticales dans rapport au sol, la direction du champ magnétique est parallèle au sol, comme un empilement de les tapis. Si un fil conducteur debout est déplacé à travers l'espace entre les aimants et reste exactement 0,5 mètres de chacun, le mouvement du fil est perpendiculaire au champ magnétique et le courant est généré le long de la fil. Le champ magnétique, le mouvement du fil et la direction du courant (et celui du fil) sont donc perpendiculaires entre eux.
Le point important à retenir est que cet arrangement de fil magnétique est parfaitement configuré pour générer un approvisionnement constant en électricité tant que l'arbre central continue de fonctionner. tourner, en déplaçant les fils enroulés à l'intérieur de l'aimant cylindrique de manière à assurer un flux constant de courant à travers les fils et vers une machine externe, maison ou toute puissance la grille. L'astuce ici, bien sûr, est de fournir la puissance nécessaire à l'arbre pour tourner. Les ingénieurs ont produit une variété de différents types de générateurs qui utilisent différentes sources d'énergie.
Types de générateurs
Les générateurs électriques peuvent être divisés en générateurs thermiques, qui utilisent la chaleur pour produire de l'électricité, et les générateurs cinétiques, qui utilisent l'énergie du mouvement pour produire de l'électricité. (Notez que la chaleur, le travail et l'énergie ont tous les mêmes unités - généralement des joules ou un multiple de celui-ci, mais parfois des calories, des ergs ou des unités thermiques britanniques [BTU]. La puissance est l'énergie par unité de temps et est généralement exprimée en watts ou en chevaux.)
Générateurs thermiques : Les générateurs à combustible fossile sont la norme de l'industrie et sont alimentés par la combustion de charbon, de pétrole (pétrole) ou de gaz naturel. Ces carburants sont abondants mais limités, et ils créent une multitude de problèmes environnementaux et de santé qui ont incité l'humanité à trouver des alternatives. Cogénération consiste à acheminer la vapeur résiduelle de ces types d'installations aux clients qui utilisent la vapeur pour leurs propres générateurs plus petits. Pouvoir nucléaire est l'exploitation de l'énergie libérée lors de la fission nucléaire, un processus « propre » mais controversé. Gaz naturel les générateurs produisent de l'électricité sans produire de vapeur et peuvent être combinés avec la production de vapeur. Biomasse les usines, dans lesquelles des éléments non traditionnels sont utilisés comme combustible (comme le bois ou les matières végétales), ont pris de l'ampleur au début du 21e siècle.
Cinétiquegénérateurs: Les deux principaux types de générateurs d'électricité cinétique sont les centrales hydroélectriques et l'énergie éolienne (ou éoliennes). Centrales hydroélectriques compter sur le flux d'eau pour faire tourner les arbres à l'intérieur des générateurs. Étant donné que peu de rivières coulent tout au long de l'année à un rythme qui ressemble à un rythme constant, la plupart de ces installations impliquent des lacs artificiels créés par des barrages (comme le lac Mead dans le sud du Nevada et le nord de l'Arizona, formé par le barrage Hoover) afin que le débit à travers les turbines puisse être manipulé artificiellement en fonction de la zone Besoins. Énergie éolienne a l'avantage de ne pas perturber les terres et la faune locales de la même manière que les lacs artificiels, mais l'air est beaucoup moins efficace que l'eau pour produire de l'électricité, et il porte également le problème des niveaux et des vitesses variables de vent. Alors que les « parcs éoliens » peuvent impliquer un certain nombre de turbines reliées entre elles pour créer un certain niveau de électrique, l'énergie éolienne suffisante pour fournir de l'électricité à des communautés importantes n'était pas encore possible au 2018.