Come funziona un generatore?

Generare qualcosa è crearlo da altri ingredienti. Potresti generare una breve storia usando frammenti di idee sul mondo che ti circonda; le persone generano piani per la propria vita sulla base delle informazioni che raccolgono da una varietà di fonti.

Un generatore, nel linguaggio quotidiano, è un'entità in grado di produrre energia, solitamente elettricità, per gli sforzi umani. Poiché la potenza e l'energia non possono, purtroppo, essere create dal nulla, i generatori stessi devono essere alimentati da una fonte esterna di qualche tipo, energia che viene poi incanalata in elettricità utilizzabile. Se hai mai trascorso del tempo in campeggio in una cabina di proprietà di persone ben preparate, potresti avere familiarità con il concetto di generatore a gas. Oggi esiste una varietà di tipi di generatori, ma tutti si basano sugli stessi principi di funzionamento dei generatori fisici fondamentali.

Nel 1831 il fisico Michael Faraday scoprì che quando un magnete viene mosso all'interno di una bobina di filo, gli elettroni "fluiscono" all'interno del filo, con questo movimento chiamato corrente elettrica. Un generatore è qualsiasi macchina che converte l'energia in corrente elettrica, ma indipendentemente dalla fonte di questa energia, sia essa carbone, energia idroelettrica o eolica: la ragione ultima per cui la corrente elettrica viene generata è attraverso il movimento all'interno di un campo magnetico campo.

Con ogni probabilità, hai visto in qualche modo i magneti in azione, forse i piccoli magneti rettangolari utilizzati in ambienti domestici e d'ufficio per apporre oggetti interessanti sui frigoriferi. Un tipo speciale di magnete a forma di cilindro, chiamato elettromagnete, è posizionato attorno a una serie di bobine isolate di filo conduttore (come un filo di rame) che sono avvolte attorno a un albero centrale. Ognuna di queste numerose bobine, quindi, è come un anello che circonda l'albero e orientato ad angolo retto rispetto all'asse dell'albero, proprio come il rapporto dei pneumatici con l'asse che li sostiene. Quando l'albero collegato ai fili ruota, viene generata una corrente, poiché l'elettromagnete cilindrico è esterno ai fili non ruota insieme a loro, stabilendo così un movimento relativo tra un campo magnetico e le cariche all'interno del conduttore filo.

La stessa cosa accadrebbe se la sorgente di un campo magnetico si muovesse in prossimità di uno o più fili stazionari. Non importa quale si sta muovendo, il magnete o il filo (o entrambi), purché vi sia un movimento relativo e continuo tra di loro.

Perché la continua generazione di elettricità è sempre una preoccupazione? Perché sai che la tua vita sarà interrotta e probabilmente interrotta se "la corrente si spegne" per più di un giorno o giù di lì? La semplice risposta è che, mentre gli esseri umani possono immagazzinare enormi quantità di combustibili fossili come gas naturale e petrolio da utilizzare in caso di emergenza, non esiste un buon modo per immagazzinare grandi quantità di elettricità. Molto probabilmente hai una versione del miglior tentativo dell'umanità di immagazzinare elettricità a portata di mano, che è una batteria. Ma mentre le batterie, come ogni altra cosa nel mondo della tecnologia, sono diventate più potenti e durevoli nel tempo, lo sono estremamente limitate in termini di capacità di sostenere il tipo di massicce uscite di tensione necessarie per alimentare intere città e moderne economie.

Poiché non esiste un modo affidabile per immagazzinare l'elettricità, nel mondo moderno devono sempre esserci modi per produrla dalle materie prime. Questo è il motivo per cui la maggior parte delle aziende, a seconda della loro natura, dispone di generatori di riserva nel caso in cui l'approvvigionamento urbano venga interrotto. Mentre un negozio di carte da baseball perdere energia per un'ora potrebbe non essere catastrofico, considera gli effetti in un ospedale di terapia intensiva unità in cui le macchine elettriche tengono letteralmente in vita le persone attraverso la respirazione per loro e altri elementi vitali funzioni.

Immagina due grandi magneti a forma di cubo posti a un metro di distanza, uno con il polo sud rivolto verso il polo nord dell'altro e creando così un forte campo magnetico additivo tra di loro. Questo campo punta verso il polo nord e, e se le estremità dei magneti sono perfettamente verticali in relazione al pavimento, la direzione del campo magnetico è parallela al pavimento, come una pila di invisibili tappeti. Se un filo conduttore in posizione verticale viene spostato attraverso lo spazio tra i magneti e rimane esattamente 0,5 metri da ciascuno, il moto del filo è perpendicolare al campo magnetico e la corrente viene generata lungo il filo. Il campo magnetico, il movimento del filo e la direzione della corrente (e quella del filo) sono quindi reciprocamente perpendicolari.

L'importante da tenere presente è che questa disposizione del filo magnetico è perfettamente impostata per generare una fornitura costante di elettricità finché l'albero centrale continua a ruotare, spostando i fili avvolti all'interno del magnete cilindrico in modo tale da garantire un flusso costante di corrente attraverso i fili e verso una macchina esterna, casa o tutta la potenza griglia. Il trucco qui, ovviamente, è fornire la potenza per far girare l'albero. Gli ingegneri hanno prodotto una varietà di diversi tipi di generatori che utilizzano diverse fonti di alimentazione.

I generatori elettrici possono essere suddivisi in generatori termici, che sfruttano il calore per generare elettricità, e generatori cinetici, che sfruttano l'energia del movimento per produrre elettricità. (Si noti che calore, lavoro ed energia hanno tutti le stesse unità, di solito joule o un multiplo di questi, ma a volte calorie, erg o unità termiche britanniche [BTU]. La potenza è l'energia per unità di tempo ed è tipicamente espressa in watt o cavalli vapore.)

Generatori termici: I generatori di combustibili fossili sono lo standard del settore e sono alimentati dalla combustione di carbone, petrolio (petrolio) o gas naturale. Questi combustibili sono abbondanti ma limitati e creano una serie di problemi ambientali e sanitari che hanno spinto l'umanità a trovare alternative. Cogenerazione consiste nel convogliare il vapore di scarto da questo tipo di impianti ai clienti che utilizzano il vapore per i propri generatori più piccoli. Energia nucleare è lo sfruttamento dell'energia rilasciata durante la fissione nucleare, un processo "pulito" ma controverso. Gas naturale i generatori producono elettricità senza produrre vapore e possono essere combinati con la generazione di vapore. biomassa le piante, in cui gli elementi non tradizionali vengono utilizzati come combustibile (come il legno o la materia vegetale), hanno guadagnato slancio all'inizio del 21° secolo.

cineticogeneratori: I due principali tipi di generatori di elettricità cinetica sono gli impianti idroelettrici e l'energia eolica (o turbine eoliche). Impianti idroelettrici si affidano al flusso d'acqua per far girare gli alberi all'interno dei generatori. Poiché pochi fiumi scorrono durante l'anno a un ritmo costante, la maggior parte di queste strutture coinvolge laghi artificiali creati da dighe (come il lago Mead nel sud del Nevada e nel nord dell'Arizona, formato dalla diga di Hoover) in modo che il flusso attraverso le turbine possa essere manipolato artificialmente in base all'area esigenze. Energia eolica ha il vantaggio di non disturbare la terra e la fauna selvatica locali allo stesso modo dei laghi artificiali, ma l'aria è molto meno efficiente dell'acqua nel generare energia, e comporta anche il problema della variazione dei livelli e delle velocità di vento. Mentre le "fattorie di mulini a vento" possono coinvolgere un numero di turbine collegate tra loro per creare un certo livello di energia, l'energia eolica sufficiente a fornire elettricità a comunità considerevoli non era ancora fattibile al momento 2018.