מכשירים הפועלים באמצעות חשמל (טלפונים, מחשבים, מדיחי כלים ומכונות קפה) משמשים באופן יומיומי ומקלים על חיינו. חשמל מביאים לבתינו בעזרת גנרטורים חשמליים. גנרטורי החשמל המודרניים פועלים על בסיס זה כמו הגנרטור שהומצא על ידי מייקל פאראדי בשנת 1831. הגנרטורים הנפוצים ביותר הם גנרטורים AC (זרם חלופי), שהם מחוללי החשמל היומיים.
הַגדָרָה
גנרטור חשמלי הוא מכשיר הממיר אנרגיה מכנית לאנרגיה חשמלית. החוק השולט בה הוא עקרון "האינדוקציה האלקטרומגנטית" שהמציא פאראדיי. העיקרון קובע ששדה מגנטי משתנה גורם למתח במוליך. ישנם שני סוגים של גנרטורים חשמליים: גנרטורים AC ו- DC (זרם ישר). גנרטור ה- AC מייצר זרם ההופך ברציפות את הכיוון וגנרטור ה- DC מייצר זרם שזורם רק בכיוון אחד.
חלקים
החלקים הבסיסיים של גנרטור זרם כוח הם הכוח המכני, המגנטים ורוטור אחד או יותר. ללא אף אחד מחלקים אלה, לא ניתן לייצר חשמל. לכל חלק תפקיד משלו.
איך זה עובד
כל אטום מורכב ממספר שווה של פרוטונים (חיוביים) ואלקטרונים (שליליים). בחלק מהחומרים (הנקראים מוליכים) יש אלקטרונים מוחזקים באופן חופשי שיכולים לזרום מאטום אחד למשנהו. הזרימה של האלקטרונים נקראת חשמל. מגנט יכול לגרום בקלות לזרימת אלקטרונים מאטום אחד למשנהו. כאשר מגנט מתקרב לחוט, כוח המגנט גורם לאלקטרונים לזרום וכך מייצר חשמל. בתוך גנרטור זרם זרם אחד או יותר רוטורים (סלילי תיל), המונעים בכוח מכני, מסתובבים בתוך שדה מגנטי.
אנרגיה מכנית
האנרגיה המכנית משמשת גנרטור זרם זרם לייצור חשמל. ניתן להשתמש במקורות כמו מים, רוח או פחם כדי להניע את הרוטורים בתוך גנרטור. הסוג הפשוט ביותר של גנרטור מופעל על ידי כננת יד. ניתן להניע גנרטורים גדולים יותר על ידי טורבינות רוח או מים, אוויר דחוס או מנועי בעירה פנימית. לדוגמא: אם נהר זורם דרך עיירה או בסמוך לה, מקור האנרגיה המכני הוא זרימת המים.
מַגנֵט
המגנט הוא חומר המייצר שדה מגנטי. יש לו קוטב צפון ודרומי ומושך אליו חומרים פרומגנטיים (מתכות שנמשכות למגנט ואפשר למגנט אותן כמו ברזל, ניקל או קובלט). בתוך גנרטור זרם זרם מגנט יוצר שדה מגנטי בין הקוטב הצפוני לדרומי. כאשר הרוטור נע בין הקוטב הצפוני לדרומי של המגנט, האלקטרונים בסליל מתחילים לזרום.
רוטור
הרוטור הוא סליל חוט שמסתובב בתוך השדה המגנטי. החומר המשמש לחוט צריך להיות מוליך טוב (עשוי אטומים עם אלקטרונים המוחזקים ברפיון). כאשר החוט קרוב לקוטב הדרומי, האלקטרונים זורמים לכיוון אחד וכשהוא קרוב לקוטב הצפוני, האלקטרונים זורמים לכיוון השני. מכיוון שהתיל מסתובב מהקוטב הצפוני לקוטב הדרומי של המגנט ובחזרה לקוטב הצפוני וכן הלאה, הזרם החשמלי הופך את הכיוון ללא הרף.