Et batteri konverterer kjemisk energi til elektrisitet, og en solcelle produserer strøm fra solens energi, men hvis du vil produsere elektrisitet fra mekanisk energi, trenger du en induksjon generator. Disse generatorene kan være små nok til å drive lommelykt i sveivstil eller store nok til å gi energi til hele byene, men alt arbeid på prinsippet om elektromagnetisk induksjon, oppdaget av Michael Faraday, den engelske fysikeren fra 1800-tallet og oppfinner. I dag leverer induksjonsgeneratorer som kjører på en rekke drivstoff strøm til det meste av verdens befolkning.
Hvordan induksjon fungerer
Faradays induksjonseksperiment er trolig et av de viktigste i fysikk, og det var relativt enkelt. Han viklet en lengde ledende ledning rundt en sirkulær kjerne og koblet ledningen til en meter. Han fant ut at bevegelse av en magnet gjennom sentrum av sirkelen fikk strøm til å strømme i ledningen. Strømmen stoppet da han sluttet å bevege magneten, og den strømmet i motsatt retning da han snudde retningen til magneten. Han formulerte senere loven om elektromagnetisk induksjon, nå kjent som Faradays lov, som relaterte strømens styrke til størrelsen på endringen av magnetfeltet, også kjent som magnetisk fluks. Magnetens styrke, antall spoler rundt kjernen og egenskapene til den ledende ledningen påvirker alle beregninger for virkelige generatorer.
Hvordan generatorer bruker induksjon
Enten de er plassert i en husholdningsgenerator, bilen din eller et atomkraftverk, har generatorer generelt de samme funksjonene. De inkluderer en rotor med en hul kjerne som roterer rundt en stator. Statoren er vanligvis en kraftig magnet, mens spolene som bærer elektrisitet er viklet rundt rotoren. I noen generatorer er spolene viklet rundt statoren og rotoren magnetiseres. Det spiller ingen rolle. Uansett vil strøm strømme.
Rotoren må spinne for at strøm skal strømme, og det er her innspillet av mekanisk energi kommer inn. Storskala generatorer tapper en rekke drivstoff og naturlige prosesser for denne energien. For hver rotasjon av rotoren stopper strømmen, reverserer, stopper igjen og går tilbake til fremoverretningen. Denne typen elektrisitet kalles vekselstrøm, og antall ganger den endrer retning i et sekund er en viktig egenskap.
Typer drivstoff
Rotoren i de fleste generatorer er koblet til en turbin, og i mange produserende anlegg er turbinen dampdrevet. Energi er nødvendig for å varme opp vann for å produsere denne dampen, og at energi kan tilføres av fossile brensler, som kull og naturgass, biomasse eller kjernefysisk fisjon. Drivstoffet kan også komme fra naturlige kilder, for eksempel geotermisk energi - naturlig varme som kommer fra dypt i bakken. Vannkraftgeneratorer drives av energien fra en foss. Verdens første vannkraftgenerator, designet av Nikola Tesla og bygget av George Westinghouse, ligger ved Niagara Falls. Den genererer omtrent 4,9 millioner kilowatt kraft, nok til 3,8 millioner hjem.
Lag din egen generator
Det er veldig enkelt å konstruere en generator. Mange design er mulige, men en av de enkleste består av en stasjonær spole og en roterende magnet. Ledningene er viklet rundt en spiker belagt med fornærmende tape, og magneten kan være en enkel hesteskoformet. Når du borer et hull gjennom bunnen av magneten, setter du inn en tettsittende aksel og fester akselen til et bor, du kan generere nok strøm til å tenne en pære bare ved å betjene boret for å få magneten til å rotere rundt Spole.