Una batteria converte l'energia chimica in elettricità e una cella solare produce elettricità dal l'energia del sole, ma se vuoi produrre elettricità da energia meccanica, hai bisogno di un'induzione Generatore. Questi generatori possono essere abbastanza piccoli da alimentare una torcia a manovella o abbastanza grandi da dare energia a intere città, ma tutto... lavoro sul principio dell'induzione elettromagnetica, scoperto da Michael Faraday, il fisico inglese del XIX secolo e inventore. Oggi, i generatori a induzione che funzionano con una varietà di combustibili forniscono elettricità alla maggior parte della popolazione mondiale.
Come funziona l'induzione
L'esperimento di induzione di Faraday è probabilmente uno dei più importanti in fisica, ed era relativamente semplice. Avvolse un pezzo di filo conduttore attorno a un nucleo circolare e collegò il filo a un metro. Scoprì che spostare un magnete attraverso il centro del cerchio provocava il flusso di corrente nel filo. La corrente si è fermata quando ha smesso di muovere il magnete e scorreva nella direzione opposta quando ha invertito la direzione del magnete. In seguito formulò la legge dell'induzione elettromagnetica, ora nota come legge di Faraday, che metteva in relazione la forza della corrente alla grandezza della variazione del campo magnetico, noto anche come magnetico flusso. La forza del magnete, il numero di bobine attorno al nucleo e le caratteristiche del filo conduttore influenzano tutti i calcoli per i generatori del mondo reale.
Come i generatori usano l'induzione
Che si trovino all'interno di un generatore di utenze domestiche, della tua auto o di una centrale nucleare, i generatori generalmente incorporano le stesse caratteristiche. Includono un rotore con un nucleo cavo che ruota attorno a uno statore. Lo statore è tipicamente un potente magnete, mentre le bobine che trasportano l'elettricità sono avvolte attorno al rotore. In alcuni generatori, le bobine sono avvolte attorno allo statore e il rotore è magnetizzato. Non importa. Ad ogni modo, l'elettricità scorrerà.
Il rotore deve girare affinché l'elettricità possa fluire, ed è qui che entra in gioco l'input di energia meccanica. I generatori su larga scala sfruttano una varietà di combustibili e processi naturali per questa energia. Ad ogni rotazione del rotore, il flusso di corrente si ferma, si inverte, si ferma nuovamente e ritorna nella direzione in avanti. Questo tipo di elettricità è chiamato corrente alternata e il numero di volte in cui cambia direzione in un secondo è una caratteristica importante.
Tipi di carburante
Il rotore nella maggior parte dei generatori è collegato a una turbina e in molti impianti di generazione la turbina è azionata a vapore. L'energia è necessaria per riscaldare l'acqua per produrre questo vapore e tale energia può essere fornita da combustibili fossili, come carbone e gas naturale, biomassa o fissione nucleare. Il carburante può anche provenire da fonti naturali, come l'energia geotermica, il calore naturale emanato dalle profondità del terreno. I generatori idroelettrici sono alimentati dall'energia di una cascata. Il primo generatore idroelettrico al mondo, progettato da Nikola Tesla e costruito da George Westinghouse, si trova alle cascate del Niagara. Genera circa 4,9 milioni di kilowatt di potenza, sufficienti per 3,8 milioni di abitazioni.
Crea il tuo generatore
È molto facile costruire un generatore. Sono possibili molti modelli, ma uno dei più semplici consiste in una bobina fissa e un magnete rotante. I fili sono avvolti attorno a un chiodo rivestito con nastro isolante e il magnete può essere un semplice ferro di cavallo. Quando si pratica un foro attraverso la base del magnete, inserire un'asta aderente e fissare l'asta a un trapano, puoi generare abbastanza elettricità per accendere una lampadina semplicemente azionando il trapano per far ruotare il magnete attorno al bobina.