Gerar algo é criá-lo a partir de outros ingredientes. Você pode gerar uma história curta usando fragmentos de ideias sobre o mundo ao seu redor; as pessoas fazem planos para suas vidas com base em informações que reúnem de uma variedade de fontes.
Um gerador, na linguagem cotidiana, é uma entidade capaz de produzir energia, geralmente eletricidade, para empreendimentos humanos. Uma vez que o poder e a energia não podem, infelizmente, ser criados do nada, os próprios geradores devem ser alimentados por uma fonte externa de algum tipo, energia que é então canalizada para eletricidade utilizável. Se você já passou algum tempo acampando em uma cabana de propriedade de pessoas bem preparadas, pode estar familiarizado com o conceito de um gerador movido a gás. Hoje, existe uma variedade de tipos de geradores, mas todos eles contam com os mesmos princípios básicos de funcionamento do gerador físico.
Gerando eletricidade
Em 1831, o físico Michael Faraday descobriu que quando um ímã é movido dentro de uma bobina de fio, os elétrons "fluem" dentro do fio, com esse movimento chamado de corrente elétrica. Um gerador é qualquer máquina que converte energia em corrente elétrica, mas independente da fonte dessa energia - seja ela carvão, energia hídrica ou eólica - a razão final pela qual a corrente elétrica é gerada é através do movimento dentro de um campo.
É bem provável que você tenha visto ímãs em ação de alguma forma - talvez os pequenos ímãs retangulares usados em ambientes domésticos e de escritório para afixar itens de interesse em geladeiras. Um tipo especial de ímã em forma de cilindro, chamado eletroímã, é colocado em torno de uma série de bobinas isoladas de fio condutor (como um fio de cobre) que são enroladas em torno de um eixo central. Cada uma dessas muitas bobinas, então, é como um anel ao redor do eixo e orientado em um ângulo reto em relação ao eixo do eixo, muito parecido com a relação dos pneus com o eixo que os segura. Quando o eixo conectado aos fios gira, uma corrente é gerada, porque o eletroímã cilíndrico fora dos fios não gira junto com eles, estabelecendo assim o movimento relativo entre um campo magnético e cargas dentro do condutor fio.
A mesma coisa aconteceria se a fonte de um campo magnético se movesse nas proximidades de um fio ou fios estacionários. Não importa o que está se movendo, o ímã ou o fio (ou ambos), desde que haja um movimento relativo e contínuo entre eles.
O gerador elétrico: por quê?
Por que a geração contínua de eletricidade é sempre uma preocupação? Por que você sabe que sua vida será interrompida e provavelmente perturbada se "a energia acabar" por mais de um dia ou mais? A resposta simples é que, embora os humanos possam armazenar grandes quantidades de combustíveis fósseis, como gás natural e petróleo para uso em emergências, não há uma boa maneira de armazenar grandes quantidades de eletricidade. É bem provável que você tenha uma versão da melhor tentativa da humanidade de armazenar eletricidade ao seu alcance, que é uma bateria. Mas embora as baterias, como tudo o mais no mundo da tecnologia, tenham se tornado mais potentes e duráveis com o tempo, elas são extremamente limitado em termos de sua capacidade de sustentar o tipo de saída de tensão massiva necessária para abastecer cidades inteiras e modernas economias.
Como não há uma maneira confiável de armazenar eletricidade, no mundo moderno sempre deve haver maneiras de produzi-la a partir de matérias-primas. É por isso que a maioria das empresas, dependendo de sua natureza, tem geradores de reserva no caso de interrupção do abastecimento ambiental da cidade. Embora uma loja de cartões de beisebol perdendo energia por uma hora possa não ser catastrófico, considere os efeitos em um hospital de terapia intensiva unidade na qual máquinas movidas a eletricidade estão literalmente mantendo as pessoas vivas, respirando por elas e outras funções.
A Física da Eletricidade
Imagine dois grandes ímãs em forma de cubo colocados a um metro de distância, um com seu pólo sul voltado para o pólo norte do outro, criando assim um forte campo magnético aditivo entre eles. Este campo aponta para o pólo norte e, e se as extremidades dos ímãs são perfeitamente verticais em em relação ao chão, a direção do campo magnético é paralela ao chão, como uma pilha de invisíveis tapetes. Se um fio condutor em pé é movido através do espaço entre os ímãs e permanece exatamente 0,5 metros de cada um, o movimento do fio é perpendicular ao campo magnético e a corrente é gerada ao longo do fio. O campo magnético, o movimento do fio e a direção da corrente (e do fio) são, portanto, mutuamente perpendiculares.
A conclusão importante disso é que este arranjo de fio magnético está perfeitamente configurado para gerar um fornecimento constante de eletricidade, desde que o eixo central continue a gire, movendo os fios enrolados dentro do ímã cilíndrico de forma a garantir um fluxo constante de corrente através dos fios e para uma máquina externa, casa ou potência total grade. O truque aqui, é claro, é fornecer a força para que o eixo gire. Os engenheiros produziram uma variedade de diferentes tipos de geradores que usam diferentes fontes de energia.
Tipos de Geradores
Os geradores elétricos podem ser divididos em geradores térmicos, que aproveitam o calor para gerar eletricidade, e geradores cinéticos, que aproveitam a energia do movimento para produzir eletricidade. (Observe que calor, trabalho e energia têm todas as mesmas unidades - geralmente joules ou um múltiplo disso, mas às vezes calorias, ergs ou unidades térmicas britânicas [BTU]. A potência é a energia por unidade de tempo e normalmente é em watts ou cavalos de força.)
Geradores térmicos: Os geradores de combustível fóssil são o padrão da indústria e são alimentados pela queima de carvão, petróleo (óleo) ou gás natural. Esses combustíveis são abundantes, mas finitos, e criam uma série de problemas ambientais e de saúde que estimularam a humanidade a encontrar alternativas. Cogeração envolve canalizar o vapor residual desses tipos de usinas para clientes que usam o vapor para seus próprios geradores menores. Poder nuclear é o aproveitamento da energia liberada durante a fissão nuclear, um processo "limpo", mas polêmico. Gás natural os geradores produzem eletricidade sem produzir vapor e podem ser combinados com a geração de vapor. Biomassa as plantas, nas quais itens não tradicionais são usados como combustível (como madeira ou matéria vegetal), ganharam força no início do século XXI.
Cinéticogeradores: Os dois principais tipos de geradores cinéticos de eletricidade são as usinas hidrelétricas e a energia eólica (ou turbinas eólicas). Hidrelétricas dependem do fluxo de água para girar os poços dentro dos geradores. Como poucos rios fluem ao longo do ano em algo semelhante a uma taxa constante, a maioria dessas instalações envolve lagos artificiais criados por represas (como o Lago Mead, no sul de Nevada e norte do Arizona, formada pela Represa Hoover) para que o fluxo através das turbinas possa ser manipulado artificialmente de acordo com a área precisa. Força do vento tem a vantagem de não perturbar a terra local e a vida selvagem da mesma forma que os lagos artificiais, mas o ar é muito menos eficiente do que a água na geração de energia, e também carrega o problema de vários níveis e velocidades de vento. Embora os "parques eólicos" possam envolver uma série de turbinas ligadas entre si para criar um certo nível de energia, energia eólica suficiente para fornecer eletricidade a comunidades consideráveis ainda não era viável a partir de 2018.