Le differenze tra motori e generatori

Motori e generatori sono dispositivi elettromagnetici. Hanno anelli percorsi da corrente che ruotano in campi magnetici. Questo campo magnetico che cambia rapidamente produce forze elettromotrici, chiamate emf o tensioni. I motori elettrici e i generatori sono l'opposto l'uno dell'altro. I motori elettrici convertono l'energia elettrica in energia meccanica, mentre i generatori elettrici convertono l'energia meccanica in energia elettrica.

I motori elettrici e i generatori hanno circuiti percorsi da corrente che ruotano continuamente in un campo magnetico. Gli anelli sono avvolti attorno a un nucleo di ferro chiamato armatura che rende più forte il campo magnetico al loro interno. La corrente nelle spire inverte la direzione facendo ruotare costantemente l'armatura e quindi le spire. Il cambio di direzione dei loop provoca la generazione di una fem indotta.

Emf è l'abbreviazione di forza elettromotrice. Non è una forza, ma è la differenza di potenziale tra i terminali di un dispositivo che trasforma una forma di energia in energia elettrica. Una batteria, ad esempio, converte l'energia chimica in energia elettrica, e quindi è una fonte di fem. Una differenza di potenziale è una tensione.

La fem indotta creata dal movimento delle spire diventa più grande quanto più rapidamente cambia il campo magnetico. Questa è la legge di induzione di Faraday, dal nome del suo scopritore, il famoso fisico Michael Faraday.

I generatori di corrente alternata sono opposti ai motori, perché convertono l'energia meccanica in quella elettrica. L'energia meccanica viene utilizzata per ruotare i circuiti nel campo magnetico e la fem generata è un'onda sinusoidale che varia nel tempo. Il vapore prodotto dalla combustione di combustibili fossili come carbone, petrolio e gas naturale è una fonte comune in paesi come gli Stati Uniti. In Europa, la fissione nucleare viene utilizzata per creare vapore. In alcuni impianti idroelettrici, come quelli delle Cascate del Niagara, la pressione dell'acqua viene utilizzata per far ruotare le turbine. Le turbine sono rotori con palette o pale. Il vento e l'acqua non sono comunemente usati come combustibili fossili per le fonti di energia meccanica perché non sono così efficienti e sono più costosi.

I motori a corrente alternata convertono l'energia elettrica in quella meccanica. Una corrente alternata viene utilizzata per ruotare le spire nel campo magnetico. La maggior parte dei motori a corrente alternata produce la corrente utilizzando l'induzione. Un elettromagnete provoca il campo magnetico e utilizza la stessa tensione delle bobine.

I motori e i generatori CC sono simili alle loro controparti CA, tranne per il fatto che hanno un anello diviso chiamato commutatore. Il commutatore è collegato a contatti elettrici chiamati spazzole. Il cambio di direzione della corrente attraverso il commutatore fa ruotare l'armatura e quindi le spire. Il campo magnetico in cui gira l'armatura può essere un magnete permanente o un elettromagnete. I generatori DC hanno una fem generata in corrente continua.

Tutti i motori sono generatori. La fem in un generatore aumenta la sua efficienza, ma una fem in un motore contribuisce allo spreco di energia e all'inefficienza delle sue prestazioni. Un back emf è una resistenza al cambiamento in un campo magnetico. Un back emf appare in un motore dopo che è stato acceso, anche se non immediatamente. Riduce la corrente nel circuito e aumenta con l'aumentare della velocità del motore. Ciò fa sì che anche i requisiti di potenza del motore aumentino, specialmente sotto carichi molto grandi.