Ako funguje generátor?

Generovať niečo znamená vytvoriť to z iných zložiek. Môžete vytvoriť poviedku pomocou úryvkov myšlienok o svete okolo vás; ľudia vytvárajú plány pre svoj život na základe informácií, ktoré zhromažďujú z rôznych zdrojov.

Generátor v každodennom jazyku je entita, ktorá je schopná vyrábať energiu, zvyčajne elektrinu, pre ľudské úsilie. Pretože energiu a energiu nemožno, bohužiaľ, vytvoriť z ničoho, musia byť samotné generátory napájané z nejakého externého zdroja, ktorým je energia, ktorá sa potom privádza do použiteľnej elektriny. Ak ste niekedy trávili čas kempovaním v kabíne vlastnenej dobre pripravenými ľuďmi, možno vám bude známy koncept plynového generátora. Dnes existuje celý rad typov generátorov, ale všetky sa spoliehajú na rovnaké základné princípy fungovania fyzického generátora.

V roku 1831 fyzik Michael Faraday objavil, že keď sa magnet pohybuje v cievke drôtu, elektróny „prúdia“ vo vnútri drôtu a tento pohyb sa nazýva elektrický prúd. Generátor je akýkoľvek stroj, ktorý premieňa energiu na elektrický prúd, ale bez ohľadu na zdroj tejto energie - či už je to uhoľná, vodná alebo veterná energia - hlavným dôvodom generovania elektrického prúdu je pohyb v magnetickom poli lúka.

S najväčšou pravdepodobnosťou ste už nejakým spôsobom videli magnety v akcii - možno malé, obdĺžnikové magnety, ktoré sa používajú v domácnosti a kancelárii na pripevnenie predmetov, ktoré vás zaujímajú, do chladničiek. Špeciálny druh magnetu v tvare valca, nazývaný elektromagnet, je umiestnený okolo série izolovaných cievok vodivého drôtu (napríklad medeného drôtu), ktoré sú obalené okolo centrálneho hriadeľa. Každá z týchto mnohých cievok je potom ako krúžok obklopujúci hriadeľ a orientovaný v pravom uhle k osi hriadeľa, podobne ako vzťah pneumatík k osi, ktorá ich drží. Keď sa hriadeľ pripojený k vodičom otáča, generuje sa prúd, pretože cylindrický elektromagnet mimo drôtov sa neotáča spolu s nimi, čím vytvára relatívny pohyb medzi magnetickým poľom a nábojmi vo vnútri vedenia drôt.

To isté by sa stalo, keby sa zdroj magnetického poľa pohyboval v blízkosti nehybného drôtu alebo drôtov. Nezáleží na tom, čo sa pohybuje, magnet alebo drôt (alebo oboje), pokiaľ medzi nimi existuje relatívny nepretržitý pohyb.

Prečo je pokračujúca výroba elektriny vždy problémom? Čím to je, že viete, že váš život bude prerušený a pravdepodobne narušený, ak bude „vypadávať energia“ dlhšie ako jeden deň? Jednoduchá odpoveď je, že zatiaľ čo ľudia môžu ukladať obrovské množstvo fosílnych palív, ako sú zemný plyn a ropa, na použitie v prípade núdze, neexistuje dobrý spôsob skladovania veľkého množstva elektriny. Je dosť pravdepodobné, že máte verziu najlepšieho pokusu ľudstva skladovať elektrinu na dosah, ktorou je batéria. Ale zatiaľ čo batérie, rovnako ako všetko ostatné vo svete technológií, časom zosilneli a vydržali, sú to tak extrémne obmedzené z hľadiska svojej kapacity na udržanie druhu masívnych výstupov napätia potrebných na napájanie celých miest a moderných hospodárstva.

V dôsledku toho, že v modernom svete neexistuje spoľahlivý spôsob skladovania elektriny, musia vždy existovať spôsoby, ako ju vyrábať zo surovín. To je dôvod, prečo má väčšina podnikateľov v závislosti od svojej povahy záložné generátory pre prípad, že dôjde k prerušeniu dodávky okolitého mesta. Aj keď hodinový výpadok obchodu s baseballovými kartami nemusí byť katastrofický, zvážte účinky v nemocnici na jednotke intenzívnej starostlivosti jednotka, v ktorej stroje na elektrický pohon doslova udržiavajú ľudí pri živote dýchaním pre nich a inými životne dôležitými látkami funkcie.

Obrázok dvoch veľkých magnetov v tvare kocky umiestnených meter od seba, pričom jeden z nich má južný pól obrátený k severnému pólu druhého a vytvára medzi nimi silné aditívne magnetické pole. Toto pole smeruje k severnému pólu, a ak sú konce magnetov úplne zvisle vo vzťahu k podlahe je smer magnetického poľa rovnobežný s podlahou, akoby bol neviditeľný koberce. Ak sa vodivý drôt stojaci priamo hore presunie cez priestor medzi magnetmi a zostane presne 0,5 m od každého z nich je pohyb drôtu kolmý na magnetické pole a prúd sa generuje pozdĺž drôt. Magnetické pole, pohyb drôtu a smer prúdu (a smeru drôtu) sú tak vzájomne kolmé.

Dôležitým riešením je, že toto usporiadanie magnetického drôtu je perfektne nastavené na generovanie stáleho prívodu elektriny, pokiaľ centrálny hriadeľ neprestáva otáčajte a posúvajte drôty stočené vo vnútri valcového magnetu takým spôsobom, aby bol zaistený stály tok prúdu cez drôty a k externému stroju, domácemu alebo celému napájaniu mriežka. Trik tu samozrejme spočíva v poskytnutí sily na točenie hriadeľa. Inžinieri vyrobili celý rad rôznych druhov generátorov, ktoré využívajú rôzne zdroje energie.

Elektrické generátory možno rozdeliť na tepelné generátory, ktoré na výrobu elektriny využívajú teplo, a kinetické generátory, ktoré na výrobu elektriny využívajú pohybovú energiu. (Upozorňujeme, že teplo, práca a energia majú rovnaké jednotky - zvyčajne jouly alebo ich násobok, ale niekedy kalórie, erg alebo britské tepelné jednotky [BTU].) Sila je energia za jednotku času a zvyčajne je vo wattoch alebo koňských silách.)

Tepelné generátory: Generátory fosílnych palív sú priemyselným štandardom a sú poháňané spaľovaním uhlia, ropy (ropa) alebo zemného plynu. Tieto palivá sú bohaté, ale konečné a vytvárajú množstvo environmentálnych a zdravotných problémov, ktoré podnietili ľudstvo prísť k alternatívam. Kogenerácia zahŕňa odvádzanie odpadovej pary z týchto druhov zariadení k zákazníkom, ktorí ju používajú pre svoje menšie generátory. Jadrová energia je využitie energie uvoľnenej počas štiepenia jadra, „čistý“, ale kontroverzný proces. Zemný plyn generátory vyrábajú elektrinu bez výroby pary a je možné ich kombinovať s výrobou pary. Biomasa rastliny, v ktorých sa ako palivo používajú netradičné predmety (napríklad drevo alebo rastlinná hmota), nabrali na obrátkach na začiatku 21. storočia.

Kinetickýgenerátory: Dva hlavné druhy generátorov kinetickej elektriny sú vodné elektrárne a veterná energia (alebo veterné turbíny). Vodné elektrárne spoliehajte sa na tok vody, ktorá roztáča hriadele vo vnútri generátorov. Pretože po celý rok tečie málo riek po celý rok a pripomína ich stála rýchlosť, väčšina z týchto zariadení zahŕňa umelé jazerá vytvorené priehradami (napríklad jazero Medovina v južnej Nevade a severnej Arizone, tvorená priehradou Hoover Dam), aby bolo možné umelo manipulovať s prietokom cez turbíny v súlade s oblasťou. potreby. Sila vetra má výhodu v tom, že neruší miestnu pôdu a divokú zver rovnakým spôsobom ako umelé jazerá, ale ovzdušia je veľa je pri výrobe energie menej efektívny ako voda a prináša so sebou problém rôznych úrovní a rýchlostí vietor. Zatiaľ čo „veterné elektrárne“ môžu zahŕňať niekoľko turbín prepojených navzájom, aby vytvorili určitú úroveň elektrická energia, veterná energia dostatočná na zabezpečenie elektriny pre početné komunity, nebola od roku 2010 ešte uskutočniteľná 2018.