A genera ceva înseamnă a-l crea din alte ingrediente. S-ar putea să generați o poveste scurtă folosind fragmente de idei despre lumea din jur; oamenii generează planuri pentru viața lor pe baza informațiilor pe care le adună dintr-o varietate de surse.
Un generator, în limbajul cotidian, este o entitate capabilă să producă energie, de obicei electricitate, pentru eforturile umane. Din moment ce, din păcate, puterea și energia nu pot fi create din nimic, generatorii înșiși trebuie alimentați de o sursă externă de un fel, energie care este apoi canalizată în electricitate utilizabilă. Dacă ați petrecut vreodată timp în campare într-o cabină deținută de oameni bine pregătiți, este posibil să fiți familiarizați cu conceptul unui generator alimentat cu gaz. Astăzi, există o varietate de tipuri de generatoare, dar toate se bazează pe aceleași principii fundamentale de lucru ale generatorului fizic.
Generarea de energie electrică
În 1831, fizicianul Michael Faraday a descoperit că atunci când un magnet este deplasat în interiorul unei bobine de sârmă, electronii „curg” în interiorul firului, cu această mișcare numită curent electric. Un generator este orice mașină care convertește energia în curent electric, dar indiferent de sursa acestei energii - fie ea cărbune, hidro sau eolian - motivul suprem pentru care este generat curentul electric este prin mișcarea în interiorul unui magnet camp.
După toate probabilitățile, ați văzut magneți în acțiune într-un fel - poate magneții mici, dreptunghiulari utilizați în setările de acasă și de la birou pentru a fixa articole de interes la frigidere. Un tip special de magnet în formă de cilindru, numit electromagnet, este plasat în jurul unei serii de bobine izolate de sârmă conductoare (cum ar fi un fir de cupru) care sunt înfășurate în jurul unui arbore central. Fiecare dintre aceste multe bobine este, așadar, ca un inel care înconjoară arborele și este orientat în unghi drept față de axa arborelui, la fel ca relația anvelopelor cu axa care le ține. Când arborele conectat la fire se rotește, se generează un curent, deoarece electromagnetul cilindric din exteriorul firelor nu se rotește împreună cu ele, stabilind astfel mișcarea relativă între un câmp magnetic și sarcini în interiorul conductorului sârmă.
Același lucru s-ar întâmpla dacă sursa unui câmp magnetic s-ar deplasa în vecinătatea unui fir sau a unor fire staționare. Nu contează care se mișcă, magnetul sau firul (sau ambele), atât timp cât există o mișcare relativă și continuă între ele.
Generatorul electric: de ce?
De ce este întotdeauna o preocupare generarea continuă de electricitate? De ce știi că viața ta va fi întreruptă și probabil întreruptă dacă „puterea se stinge” mai mult de o zi sau cam așa? Răspunsul simplu este că, în timp ce oamenii pot stoca cantități uriașe de combustibili fosili, cum ar fi gazele naturale și petrolul pentru a fi utilizate în situații de urgență, nu există o modalitate bună de a stoca cantități mari de energie electrică. Probabil că aveți o versiune a celei mai bune încercări a omenirii de a stoca electricitatea la îndemână, care este o baterie. Dar, în timp ce bateriile, ca orice altceva din lumea tehnologiei, au devenit mai puternice și mai durabile în timp, ele sunt extrem de limitate în ceea ce privește capacitatea lor de a susține tipul de ieșiri masive de tensiune necesare pentru alimentarea orașelor întregi și moderne economii.
Ca urmare a faptului că nu există o modalitate fiabilă de stocare a energiei electrice, în lumea modernă, trebuie să existe întotdeauna modalități de producere a acesteia din materii prime. Acesta este motivul pentru care majoritatea companiilor, în funcție de natura lor, au generatoare de rezervă în cazul în care alimentarea cu orașul înconjurător este întreruptă. În timp ce un magazin de cărți de baseball care își pierde puterea timp de o oră s-ar putea să nu fie catastrofal, ia în considerare efectele unui spital de terapie intensivă unitate în care mașinile alimentate cu energie electrică mențin literalmente oamenii în viață prin respirație pentru ei și alte elemente vitale funcții.
Fizica electricității
Imaginați doi magneți mari, în formă de cub, amplasați la un metru distanță, unul cu polul său sud orientat către polul nord al celuilalt și creând astfel un câmp magnetic puternic, aditiv între ei. Acest câmp indică spre polul nord și, și dacă capetele magneților sunt perfect verticale în interior în raport cu podeaua, direcția câmpului magnetic este paralelă cu podeaua, ca un teanc de invizibil covoare. Dacă un fir conductor care se află drept în sus este deplasat prin spațiul dintre magneți și rămâne exact 0,5 metri de fiecare, mișcarea firului este perpendiculară pe câmpul magnetic și curentul este generat de-a lungul sârmă. Câmpul magnetic, mișcarea firului și direcția curentului (și cea a firului) sunt astfel reciproc perpendiculare.
Măsura importantă de luat în considerare este că acest aranjament cu sârmă magnetic este perfect configurat pentru a genera o alimentare constantă de energie electrică atâta timp cât arborele central continuă să rotiți, deplasând firele înfășurate în interiorul magnetului cilindric în așa fel încât să asigurați un flux constant de curent prin fire și către o mașină externă, acasă sau întreaga putere grilă. Trucul aici, desigur, este furnizarea puterii rotirii arborelui. Inginerii au produs o varietate de diferite tipuri de generatoare care utilizează surse de energie diferite.
Tipuri de generatoare
Generatoarele electrice pot fi împărțite în generatoare termice, care utilizează căldura pentru a genera electricitate, și generatoare cinetice, care utilizează energia mișcării pentru a produce electricitate. (Rețineți că căldura, munca și energia au toate aceleași unități - de obicei jouli sau un multiplu al acestora, dar uneori calorii, erg-uri sau unități termice britanice [BTU]). Puterea este energie pe unitate de timp și este de obicei în wați sau cai putere.)
Generatoare termice: Generatoarele de combustibili fosili sunt standardul industrial și sunt alimentate prin arderea cărbunelui, a petrolului (petrolului) sau a gazelor naturale. Acești combustibili sunt abundenți, dar limitați și creează o serie de probleme de mediu și de sănătate care au determinat omenirea să vină cu alternative. Cogenerare implică canalizarea aburului rezidual de la aceste tipuri de instalații către clienții care folosesc aburul pentru propriile generatoare mai mici. Energie nucleara este valorificarea energiei eliberate în timpul fisiunii nucleare, un proces „curat”, dar controversat. Gaz natural generatoarele produc electricitate fără a produce abur și pot fi combinate cu generarea de abur. Biomasă plantele, în care articolele netradiționale sunt folosite ca combustibil (cum ar fi lemnul sau materiile vegetale), au luat avânt la începutul secolului XXI.
Cineticăgeneratoare: Cele două tipuri principale de generatoare de electricitate cinetică sunt centralele hidroelectrice și energia eoliană (sau turbinele eoliene). Centrale hidroelectrice mizați-vă pe fluxul de apă pentru a fila arborii din interiorul generatoarelor. Deoarece puține râuri curg pe tot parcursul anului cu ceva care seamănă cu o rată constantă, majoritatea acestor facilități implică lacuri artificiale create de baraje (cum ar fi Lacul Mead în sudul Nevada și nordul Arizona, format din barajul Hoover), astfel încât fluxul peste turbine să poată fi manipulat artificial în conformitate cu zona are nevoie. Putere eoliana are avantajul de a nu perturba terenurile locale și viața sălbatică în același mod în care fac lacurile artificiale, dar aerul este mult mai puțin eficient decât apa la generarea de energie și, de asemenea, poartă problema nivelurilor și vitezei variabile vânt. În timp ce „fermele de mori de vânt” pot implica o serie de turbine legate între ele pentru a crea un anumit nivel de energie electrică, eoliană suficientă pentru a furniza energie electrică comunităților considerabile nu era încă fezabilă încă de la 2018.