Cum se transformă energia mecanică în energie electrică

O baterie transformă energia chimică în electricitate, iar o celulă solară produce electricitate din energia soarelui, dar dacă doriți să produceți electricitate din energie mecanică, aveți nevoie de o inducție generator. Aceste generatoare pot fi suficient de mici pentru a alimenta o lanternă în stil manivelă sau suficient de mari pentru a energiza orașe întregi, dar toate lucrează pe principiul inducției electromagnetice, descoperit de Michael Faraday, fizicianul englez din secolul al XIX-lea și inventator. Astăzi, generatoarele de inducție care funcționează pe o varietate de combustibili furnizează energie electrică pentru majoritatea populației lumii.

Experimentul de inducție al lui Faraday este probabil unul dintre cele mai importante din fizică și a fost unul relativ simplu. A înfășurat o lungime de sârmă conductoare în jurul unui miez circular și a conectat sârma la un metru. El a descoperit că deplasarea unui magnet prin centrul cercului a făcut ca curentul să curgă în fir. Curentul s-a oprit când a oprit mișcarea magnetului și acesta a curs în direcția opusă când a inversat direcția magnetului. Ulterior, el a formulat legea inducției electromagnetice, cunoscută acum sub numele de Legea lui Faraday, care se referă la puterea curentului la magnitudinea schimbării câmpului magnetic, cunoscut și sub numele de magnetic flux. Puterea magnetului, numărul bobinelor din jurul miezului și caracteristicile firului conductor influențează calculele pentru generatorii din lumea reală.

Fie că sunt amplasate în interiorul unui generator de uz casnic, al mașinii dvs. sau al unei centrale nucleare, generatoarele încorporează în general aceleași caracteristici. Acestea includ un rotor cu un miez gol care se rotește în jurul unui stator. Statorul este de obicei un magnet puternic, în timp ce bobinele care transportă electricitatea sunt înfășurate în jurul rotorului. În unele generatoare, bobinele sunt înfășurate în jurul statorului și rotorul este magnetizat. Nu contează. Oricum ar fi, electricitatea va curge.

Rotorul trebuie să se învârtă pentru ca electricitatea să curgă și acolo intră aportul de energie mecanică. Generatoarele pe scară largă utilizează o varietate de combustibili și procese naturale pentru această energie. Cu fiecare rotație a rotorului, curentul curent se oprește, se inversează, se oprește din nou și revine în direcția înainte. Acest tip de electricitate se numește curent alternativ, iar numărul de schimbări de direcție într-o secundă este o caracteristică importantă.

Rotorul din majoritatea generatoarelor este conectat la o turbină, iar în multe centrale electrice, turbina este acționată cu abur. Este necesară energie pentru încălzirea apei pentru a produce acest abur și această energie poate fi furnizată de combustibili fosili, cum ar fi cărbunele și gazele naturale, biomasa sau fisiunea nucleară. Combustibilul poate proveni și din surse naturale, cum ar fi energia geotermală - căldură naturală emanată din adâncul pământului. Generatoarele hidroelectrice sunt alimentate de energia unei cascade. Primul generator hidroelectric din lume, proiectat de Nikola Tesla și construit de George Westinghouse, este situat la Niagara Falls. Acesta generează aproximativ 4,9 milioane de kilowați de energie, suficient pentru 3,8 milioane de case.

Este foarte ușor să construiești un generator. Sunt posibile multe modele, dar una dintre cele mai ușoare constă dintr-o bobină staționară și un magnet rotativ. Firele sunt înfășurate în jurul unui cui acoperit cu bandă insultătoare, iar magnetul poate fi unul simplu în formă de potcoavă. Când faceți o gaură prin baza magnetului, introduceți un ax strâns și atașați arborele la un burghiu, puteți genera suficientă energie electrică pentru a aprinde un bec doar acționând burghiul pentru a face magnetul să se rotească în jurul bobina.