Hoe werkt een generator?

Iets genereren is het maken van andere ingrediënten. U kunt een kort verhaal genereren met behulp van fragmenten van ideeën over de wereld om u heen; mensen maken plannen voor hun leven op basis van informatie die ze uit verschillende bronnen verzamelen.

Een generator, in alledaagse taal, is een entiteit die in staat is om stroom, meestal elektriciteit, te produceren voor menselijke inspanningen. Omdat stroom en energie helaas niet uit het niets kunnen worden gecreëerd, moeten generatoren zelf worden aangedreven door een of andere externe bron, energie die vervolgens wordt omgezet in bruikbare elektriciteit. Als je ooit hebt gekampeerd in een hut die eigendom is van goed voorbereide mensen, ben je misschien bekend met het concept van een generator op gas. Tegenwoordig bestaat er een verscheidenheid aan soorten generatoren, maar ze zijn allemaal gebaseerd op dezelfde fundamentele fysieke werkingsprincipes van generatoren.

In 1831 ontdekte de natuurkundige Michael Faraday dat wanneer een magneet in een draadspoel wordt bewogen, elektronen in de draad "stromen", waarbij deze beweging elektrische stroom wordt genoemd. Een generator is elke machine die energie omzet in elektrische stroom, maar ongeacht de bron van deze energie - zij het? steenkool-, waterkracht- of windenergie - de uiteindelijke reden waarom elektrische stroom wordt gegenereerd, is door beweging in een magnetisch veld.

Naar alle waarschijnlijkheid heb je magneten op de een of andere manier in actie gezien - misschien de kleine, rechthoekige magneten die thuis en op kantoor worden gebruikt om interessante items op koelkasten te bevestigen. Een speciaal soort cilindervormige magneet, een elektromagneet genaamd, wordt rond een reeks geïsoleerde spoelen van geleidende draad (zoals een koperdraad) geplaatst die om een ​​centrale as zijn gewikkeld. Elk van deze vele spoelen is dus als een ring die de as omgeeft en in een rechte hoek op de as van de as is georiënteerd, net als de relatie tussen banden en de as die ze vasthoudt. Wanneer de as die op de draden is aangesloten roteert, wordt er een stroom gegenereerd, omdat de cilindrische elektromagneet buiten de draden is roteert niet mee, waardoor een relatieve beweging ontstaat tussen een magnetisch veld en ladingen in het geleidende; draad.

Hetzelfde zou gebeuren als de bron van een magnetisch veld in de buurt van een stationaire draad of draden zou bewegen. Het maakt niet uit welke beweegt, de magneet of de draad (of beide), zolang er maar een relatieve, voortdurende beweging tussen is.

Waarom is de voortdurende opwekking van elektriciteit altijd een punt van zorg? Hoe komt het dat je weet dat je leven zal worden onderbroken en waarschijnlijk verstoord als "de stroom uitvalt" voor meer dan een dag of zo? Het simpele antwoord is dat, hoewel mensen enorme hoeveelheden fossiele brandstoffen zoals aardgas en olie kunnen opslaan voor gebruik in noodgevallen, er geen goede manier is om grote hoeveelheden elektriciteit op te slaan. Je hebt waarschijnlijk een versie van de beste poging van de mensheid om elektriciteit op te slaan binnen handbereik, namelijk een batterij. Maar hoewel batterijen, net als al het andere in de wereld van de technologie, in de loop van de tijd krachtiger en duurzamer zijn geworden, zijn ze extreem beperkt in termen van hun capaciteit om het soort enorme spanningsoutput te ondersteunen dat nodig is om hele steden en moderne steden van stroom te voorzien economieën.

Omdat er geen betrouwbare manier is om elektriciteit op te slaan, moeten er in de moderne wereld altijd manieren zijn om het uit grondstoffen te produceren. Dit is de reden waarom de meeste bedrijven, afhankelijk van hun aard, back-upgeneratoren hebben voor het geval de levering van de omringende stad wordt onderbroken. Hoewel een winkel met een honkbalkaart die een uur lang geen stroom meer heeft misschien niet catastrofaal is, overweeg dan de effecten op de intensive care van een ziekenhuis eenheid waarin door elektriciteit aangedreven machines mensen letterlijk in leven houden door voor hen te ademen en andere vitale functies.

Stel je twee grote, kubusvormige magneten voor die op een meter afstand van elkaar zijn geplaatst, de ene met de zuidpool gericht op de noordpool van de andere, waardoor er een sterk, additief magnetisch veld tussen hen ontstaat. Dit veld wijst naar de noordpool en, en als de uiteinden van de magneten perfect verticaal zijn in vertical ten opzichte van de vloer, is de richting van het magnetische veld evenwijdig aan de vloer, als een stapel onzichtbare tapijten. Als een rechtopstaande geleidende draad door de ruimte tussen de magneten wordt bewogen en precies 0,5 exactly blijft meter van elk, staat de beweging van de draad loodrecht op het magnetische veld en wordt stroom gegenereerd langs de draad. Het magneetveld, draadbeweging en stroomrichting (en die van de draad) staan ​​dus onderling loodrecht op elkaar.

De belangrijke conclusie hiervan is dat deze magneetdraadopstelling perfect is ingesteld om een ​​constante stroomtoevoer op te wekken zolang de centrale as blijft draaien. roteren, waarbij de draden die in de cilindrische magneet zijn opgerold, zodanig worden verplaatst dat een gestage stroom door de draden en naar een externe machine, huis of hele stroomvoorziening wordt gegarandeerd rooster. De truc hier is natuurlijk om de as te laten draaien. Ingenieurs hebben een verscheidenheid aan verschillende soorten generatoren geproduceerd die gebruik maken van verschillende stroombronnen.

Elektrische generatoren kunnen worden onderverdeeld in thermische generatoren, die gebruik maken van warmte om elektriciteit op te wekken, en kinetische generatoren, die gebruik maken van de energie van beweging om elektriciteit te produceren. (Merk op dat warmte, arbeid en energie allemaal dezelfde eenheden hebben – meestal joules of een veelvoud daarvan, maar soms ook calorieën, ergs of Britse thermische eenheden [BTU]. Vermogen is energie per tijdseenheid en is meestal in watt of pk.)

Thermische generatoren: Generatoren voor fossiele brandstoffen zijn de industriestandaard en worden aangedreven door de verbranding van steenkool, aardolie (olie) of aardgas. Deze brandstoffen zijn overvloedig maar eindig, en ze creëren een groot aantal milieu- en gezondheidsproblemen die de mensheid ertoe hebben aangezet om met alternatieven te komen. WKK houdt in dat de afvalstoom van dit soort installaties wordt doorgesluisd naar klanten die de stoom gebruiken voor hun eigen kleinere generatoren. Kernenergie is het benutten van de energie die vrijkomt bij kernsplijting, een 'schoon' maar controversieel proces. Natuurlijk gas generatoren produceren elektriciteit zonder stoom te produceren en kunnen worden gecombineerd met stoomopwekking. biomassa planten, waarin niet-traditionele artikelen als brandstof worden gebruikt (zoals hout of plantaardig materiaal), hebben in het begin van de 21e eeuw een impuls gekregen.

kinetischgeneratoren: De twee belangrijkste soorten generatoren voor kinetische elektriciteit zijn waterkrachtcentrales en windenergie (of windturbines). waterkrachtcentrales vertrouw op de stroming van water om de assen in generatoren te laten draaien. Omdat er maar weinig rivieren het hele jaar door stromen met een constante snelheid, zijn de meeste van deze voorzieningen kunstmatige meren die door dammen zijn aangelegd (zoals Mead in het zuiden van Nevada en het noorden van Arizona, gevormd door de Hoover Dam) zodat de stroming over de turbines kunstmatig kan worden gemanipuleerd in overeenstemming met het gebied behoeften. Windkracht heeft het voordeel dat het lokale land en dieren in het wild niet op dezelfde manier verstoort als kunstmatige meren, maar lucht is veel minder efficiënt dan water bij het opwekken van stroom, en het brengt ook het probleem met zich mee van verschillende niveaus en snelheden van wind. Terwijl "windmolenparken" een aantal turbines kunnen omvatten die aan elkaar zijn gekoppeld om een ​​bepaald niveau van stroom, windenergie die voldoende was om grote gemeenschappen van elektriciteit te voorzien, was op dit moment nog niet haalbaar 2018.