Urządzenia zasilane energią elektryczną (telefony, komputery, zmywarki i ekspresy do kawy) są używane na co dzień i ułatwiają nam życie. Energia elektryczna jest doprowadzana do naszych domów za pomocą generatorów elektrycznych. Nowoczesne generatory elektryczne działają na tej samej zasadzie, co generator wynaleziony przez Michaela Faradaya w 1831 roku. Najczęściej stosowanymi generatorami są generatory prądu przemiennego (AC), które są codziennymi generatorami mocy.
Definicja
Generator elektryczny to urządzenie, które zamienia energię mechaniczną na energię elektryczną. Prawo, które nim rządzi, to wynaleziona przez Faradaya zasada „indukcji elektromagnetycznej”. Zasada mówi, że zmieniające się pole magnetyczne wywołuje napięcie w przewodniku. Istnieją dwa rodzaje generatorów elektrycznych: generatory prądu przemiennego i stałego (prądu stałego). Generator prądu przemiennego wytwarza prąd, który stale odwraca kierunek, a generator prądu stałego wytwarza prąd, który płynie tylko w jednym kierunku.
Części
Podstawowymi częściami generatora prądu przemiennego są moc mechaniczna, magnesy i jeden lub więcej wirników. Bez którejkolwiek z tych części nie można wyprodukować energii elektrycznej. Każda część ma swoją własną rolę.
Jak to działa
Każdy atom składa się z równej liczby protonów (dodatni) i elektronów (ujemny). Niektóre materiały (zwane przewodnikami) mają luźno utrzymywane elektrony, które mogą przepływać z jednego atomu do drugiego. Przepływ elektronów nazywa się elektrycznością. Magnes może łatwo spowodować przepływ elektronów z jednego atomu do drugiego. Kiedy magnes zbliża się do drutu, siła magnesu powoduje przepływ elektronów i w ten sposób wytwarza energię elektryczną. Wewnątrz generatora prądu przemiennego jeden lub więcej wirników (zwojów drutu), wprawianych w ruch siłą mechaniczną, obraca się w polu magnetycznym.
Energia mechaniczna
Energia mechaniczna jest wykorzystywana przez generator prądu przemiennego do produkcji energii elektrycznej. Źródła takie jak woda, wiatr czy węgiel mogą być wykorzystane do wprawienia w ruch wirników wewnątrz generatora. Najprostszy rodzaj generatora jest wprawiany w ruch za pomocą ręcznej korby. Większe generatory mogą być wprawiane w ruch przez turbiny wiatrowe, wodne, sprężone powietrze lub silniki spalinowe. Na przykład: Jeśli rzeka przepływa przez miasto lub w jego pobliżu, źródłem energii mechanicznej jest przepływ wody.
Magnes
Magnes to materiał wytwarzający pole magnetyczne. Ma biegun północny i południowy i przyciąga materiały ferromagnetyczne (metale, które przyciąga magnes i które można namagnesować, takie jak żelazo, nikiel lub kobalt). Wewnątrz generatora prądu przemiennego magnes wytwarza pole magnetyczne między biegunem północnym i południowym. Kiedy wirnik porusza się między biegunem północnym i południowym magnesu, elektrony w cewce zaczynają płynąć.
Wirnik
Wirnik to zwój drutu, który wiruje w polu magnetycznym. Materiał użyty do wykonania drutu musi być dobrym przewodnikiem (wykonanym z atomów z luźno trzymanymi elektronami). Gdy drut znajduje się blisko bieguna południowego, elektrony płyną w jedną stronę, a gdy jest blisko bieguna północnego, elektrony płyną w drugą stronę. Ponieważ drut obraca się od bieguna północnego do bieguna południowego magnesu iz powrotem do bieguna północnego itd., prąd elektryczny stale zmienia kierunek.