Nešto generirati znači stvoriti od drugih sastojaka. Možete generirati kratku priču koristeći isječke ideja o svijetu oko sebe; ljudi generiraju planove za svoj život na temelju podataka koje prikupljaju iz različitih izvora.
Generator je svakodnevnim jezikom entitet koji je sposoban proizvesti snagu, obično električnu, za ljudske napore. Budući da se energija i energija, na žalost, ne mogu stvoriti ni iz čega, sami generatori moraju se napajati vanjskim nekakvim izvorom, energijom koja se zatim usmjerava u korisnu električnu energiju. Ako ste ikada proveli vrijeme kampirajući u kabini u vlasništvu dobro pripremljenih ljudi, možda vam je poznat pojam generatora na plin. Danas postoje razne vrste generatora, ali svi se oslanjaju na iste temeljne principe rada fizikalnih generatora.
Proizvodnja električne energije
1831. godine fizičar Michael Faraday otkrio je da kad se magnet pomakne unutar zavojnice žice, elektroni "teku" unutar žice, s tim pokretom koji se naziva električna struja. Generator je bilo koji stroj koji energiju pretvara u električnu struju, ali bez obzira na izvor te energije - bio on energija ugljena, hidroelektrana ili vjetra - krajnji razlog zbog kojeg se električna struja stvara kretanjem unutar magnete polje.
Po svoj prilici, na neki ste način vidjeli magnete u akciji - možda male, pravokutne magnete koji se koriste u postavkama kuće i ureda za pričvršćivanje predmeta od interesa na hladnjake. Posebna vrsta magneta u obliku cilindra, nazvana elektromagnet, postavljena je oko niza izoliranih zavojnica vodljive žice (poput bakrene žice) omotanih oko središnjeg vratila. Svaka od ovih mnogih zavojnica je poput prstena koji okružuje osovinu i orijentiran je pod pravim kutom prema osi osovine, slično kao i odnos guma prema osovini koja ih drži. Kada se osovina spojena na žice okreće, stvara se struja, jer je cilindrični elektromagnet izvan žica ne rotira zajedno s njima, uspostavljajući tako relativno kretanje između magnetskog polja i naboja unutar provodnika žica.
Ista bi se stvar dogodila kad bi se izvor magnetskog polja pomicao u blizini nepokretne žice ili žica. Nije važno što se kreće, magnet ili žica (ili oboje), sve dok između njih postoji relativno trajno kretanje.
Električni generator: Zašto?
Zašto je kontinuirano stvaranje električne energije uvijek zabrinjavajuće? Zašto znate da će vam život biti prekinut i vjerojatno poremećen ako "nestane struje" dulje od jednog dana? Jednostavan je odgovor da, iako ljudi mogu pohraniti ogromne količine fosilnih goriva poput prirodnog plina i nafte za upotrebu u hitnim slučajevima, ne postoji dobar način za pohranu velikih količina električne energije. Vjerojatno imate verziju najboljeg pokušaja čovječanstva da pohrani električnu energiju na dohvat ruke, a to je baterija. No dok su baterije, kao i sve ostalo u svijetu tehnologije, s vremenom postale sve snažnije i dugotrajnije, one jesu izuzetno ograničeni u smislu njihove sposobnosti da održavaju vrstu masivnih naponskih izlaza potrebnih za napajanje cijelih gradova i modernih gospodarstva.
Kao rezultat toga što ne postoji pouzdan način za pohranu električne energije, u modernom svijetu uvijek moraju postojati načini za njezinu proizvodnju iz sirovina. Zbog toga većina tvrtki, ovisno o svojoj prirodi, ima rezervne generatore u slučaju da se opskrba ambijentalnog grada prekine. Iako trgovina baseball karticama koja sat vremena gubi snagu možda neće biti katastrofalna, razmotrite učinke u bolničkoj intenzivnoj njezi jedinica u kojoj strojevi na električni pogon doslovno održavaju ljude na životu dišući za njih i druge vitalne funkcije.
Fizika elektrike
Zamislite dva velika magneta u obliku kocke postavljena metar jedan od drugog, jedan s južnim polom okrenutim prema sjevernom polu drugog, i tako stvara između njih jako, aditivno magnetsko polje. Ovo polje pokazuje prema sjevernom polu i, i ako su krajevi magneta u potpunosti okomiti u u odnosu na pod, smjer magnetskog polja paralelan je podu, poput hrpe nevidljivih tepisi. Ako se provodna žica koja stoji ravno prema gore pomakne kroz prostor između magneta i ostane točno 0,5 metara od svake, gibanje žice okomito je na magnetsko polje i struja se generira duž žica. Magnetsko polje, kretanje žice i smjer struje (i žice) međusobno su okomiti.
Važno je od toga što je ovaj raspored magnetne žice savršeno postavljen za stvaranje stalne opskrbe električnom energijom sve dok središnja osovina nastavlja okretati, pomičući žice namotane unutar cilindričnog magneta na takav način da se osigura stalan protok struje kroz žice i prema vanjskom stroju, kući ili cijeloj snazi rešetka. Ovdje je trik, naravno, pružanje snage za okretanje osovine. Inženjeri su proizveli mnoštvo različitih vrsta generatora koji koriste različite izvore energije.
Vrste generatora
Električni generatori mogu se podijeliti na toplinske generatore koji koriste toplinu za proizvodnju električne energije i kinetičke generatore koji energiju kretanja koriste za proizvodnju električne energije. (Imajte na umu da toplina, rad i energija imaju iste jedinice - obično džula ili više njih, ali ponekad kalorije, ergovi ili britanske termalne jedinice [BTU]. Snaga je energija po jedinici vremena i obično je u vatima ili konjskim snagama.)
Toplinski generatori: Generatori fosilnih goriva industrijski su standard i napajaju se izgaranjem ugljena, nafte (nafte) ili prirodnog plina. Tih goriva ima u izobilju, ali ih je malo i oni stvaraju mnoštvo ekoloških i zdravstvenih problema koji su potaknuli čovječanstvo da iznađe alternative. Kogeneracija uključuje odvođenje otpadne pare iz ovih vrsta postrojenja kupcima koji paru koriste za vlastite manje generatore. Nuklearna elektrana je iskorištavanje energije koja se oslobađa tijekom nuklearne fisije, "čisti", ali kontroverzni proces. Prirodni gas generatori proizvode električnu energiju bez proizvodnje pare i mogu se kombinirati s proizvodnjom pare. Biomasa biljke, u kojima se netradicionalni predmeti koriste kao gorivo (poput drveta ili biljnih tvari), poprimile su zamah početkom 21. stoljeća.
Kinetičkigeneratori: Dvije glavne vrste kinetičkih generatora električne energije su hidroelektrane i vjetroelektrane (ili vjetroturbine). Hidroelektrane oslanjati se na protok vode kako bi okretali osovine unutar generatora. Budući da tijekom godine malo rijeka teče nečim što nalikuje stalnoj brzini, većina tih objekata uključuje umjetna jezera koja su stvorile brane (poput Lake Medovina u južnoj Nevadi i sjevernoj Arizoni, koju je formirala brana Hoover) tako da se protokom preko turbina može umjetno manipulirati u skladu s površinom potrebe. Snaga vjetra ima prednost što ne remeti lokalno zemljište i divlje životinje na isti način kao što to čine umjetna jezera, ali zraka ima puno manje učinkovit od vode u proizvodnji energije, a također nosi problem različitih razina i brzina vjetar. Dok "farme vjetrenjača" mogu uključivati brojne turbine povezane zajedno kako bi stvorile određenu razinu snaga, snaga vjetra dovoljna za opskrbu električnom energijom značajnih zajednica još nije bila izvediva 2018.