Če želite nekaj ustvariti, to pomeni ustvariti iz drugih sestavin. Lahko ustvarite kratko zgodbo z delčki idej o svetu okoli vas; ljudje ustvarjajo načrte za svoje življenje na podlagi informacij, ki jih zberejo iz različnih virov.
Generator je v vsakdanjem jeziku entiteta, ki je sposobna proizvajati moč, običajno elektriko, za človeška prizadevanja. Ker moči in energije na žalost ni mogoče ustvariti iz nič, je treba same generatorje napajati z nekakšnim zunanjim virom, energijo, ki se nato usmeri v uporabno elektriko. Če ste že kdaj preživeli kampiranje v kabini, ki je v lasti dobro pripravljenih ljudi, ste morda seznanjeni s konceptom generatorja na plin. Danes obstajajo različne vrste generatorjev, vendar se vsi zanašajo na enaka temeljna načela delovanja fizičnega generatorja.
Proizvodnja električne energije
Leta 1831 je fizik Michael Faraday odkril, da ko se magnet premakne znotraj tuljave žice, elektroni "tečejo" v žici s tem gibanjem, imenovanim električni tok. Generator je vsak stroj, ki pretvarja energijo v električni tok, vendar ne glede na vir te energije - pa naj bo to energija premoga, hidroelektrarne ali vetra - končni razlog, da se električni tok generira, je gibanje znotraj magneta polje.
Po vsej verjetnosti ste na nek način videli, kako delujejo magneti - morda majhni, pravokotni magneti, ki se uporabljajo v nastavitvah doma in v pisarni za pritrditev zanimivih predmetov na hladilnike. Posebna vrsta valjastega magneta, imenovana elektromagnet, je nameščena okoli vrste izoliranih tuljav prevodne žice (kot je bakrena žica), ki so oviti okoli osrednje gredi. Vsaka od teh številnih tuljav je torej podobna obroču, ki obdaja gred in je usmerjena pod pravim kotom na os gredi, podobno kot razmerje pnevmatik do osi, ki jih drži. Ko se gred, priključena na žice, zavrti, nastane tok, ker valjasti elektromagnet zunaj žic se ne vrti skupaj z njimi, s čimer se vzpostavi relativno gibanje med magnetnim poljem in naboji znotraj prevodnika žica.
Enako bi se zgodilo, če bi se vir magnetnega polja premikal v bližini mirujoče žice ali žic. Ni pomembno, kateri se giblje, magnet ali žica (ali oboje), če se med njima giblje relativno.
Električni generator: Zakaj?
Zakaj je stalna proizvodnja električne energije vedno zaskrbljujoča? Zakaj veste, da bo vaše življenje prekinjeno in verjetno moteno, če "elektrika ugasne" več kot en dan? Preprost odgovor je, da čeprav ljudje lahko shranijo ogromno fosilnih goriv, kot sta zemeljski plin in olje za uporabo v nujnih primerih, ni dobrega načina za shranjevanje velikih količin električne energije. Verjetno imate različico človekovega najboljšega poskusa shranjevanja električne energije na dosegu roke, to je baterije. Toda medtem ko so baterije, tako kot vse ostalo v svetu tehnologije, sčasoma postale močnejše in dolgotrajnejše, so izjemno omejene glede na njihovo zmožnost vzdrževanja vrste ogromnih napetostnih izhodov, potrebnih za napajanje celotnih mest in moderne gospodarstva.
Ker v sodobnem svetu ni zanesljivega načina za shranjevanje električne energije, morajo vedno obstajati načini za njeno proizvodnjo iz surovin. Zato ima večina podjetij, odvisno od njihove narave, rezervne generatorje, če pride do prekinitve oskrbe z okolico. Čeprav trgovina z baseball kartami, ki bi eno uro izgubljala moč, morda ne bi bila katastrofalna, upoštevajte učinke v bolnišnični intenzivni negi enota, v kateri stroji na električni pogon dobesedno ohranjajo ljudi s pomočjo dihanja zanje in drugih življenjsko pomembnih funkcije.
Fizika elektrike
Predstavljajte si dva velika magneta v obliki kocke, nameščena meter narazen, enega z južnim polom, obrnjenim proti severnemu polu drugega, in tako ustvarite močno aditivno magnetno polje med njima. To polje je usmerjeno proti severnemu polu in, in če so konci magnetov popolnoma navpični v glede na tla je smer magnetnega polja vzporedna s tlemi, kot kup nevidnih preproge. Če se prevodna žica, ki stoji naravnost navzgor, premakne skozi prostor med magneti in ostane natanko 0,5 metrov od vsakega je gibanje žice pravokotno na magnetno polje in tok ustvarja vzdolž žica. Magnetno polje, gibanje žice in smer toka (in smer žice) so tako medsebojno pravokotni.
Pomembno je, da je ta razporeditev magnetne žice popolnoma postavljena tako, da zagotavlja stalno oskrbo z električno energijo, dokler osrednja jaška še naprej deluje vrteti in premikati žice, navite znotraj valjastega magneta, tako da zagotovite enakomeren tok toka skozi žice in do zunanjega stroja, doma ali celotne moči mreža. Trik tu seveda zagotavlja moč vrtenja gredi. Inženirji so izdelali različne vrste generatorjev, ki uporabljajo različne vire energije.
Vrste generatorjev
Električne generatorje lahko razdelimo na toplotne generatorje, ki toploto uporabljajo za proizvodnjo električne energije, in kinetične generatorje, ki energijo gibanja uporabljajo za proizvodnjo električne energije. (Upoštevajte, da imajo toplota, delo in energija enake enote - običajno džul ali večkratnik, včasih pa kalorije, ergi ali britanske toplotne enote [BTU]). Moč je energija na enoto časa in je običajno v vatih ali konjskih močeh.)
Termični generatorji: Generatorji fosilnih goriv so industrijski standard in se napajajo s sežigom premoga, nafte (zemeljskega olja) ali zemeljskega plina. Teh goriv je veliko, a omejeno in ustvarjajo vrsto okoljskih in zdravstvenih težav, ki so človeštvo spodbudile k iskanju alternativ. Soproizvodnja vključuje odvajanje odpadne pare iz tovrstnih obratov do kupcev, ki paro uporabljajo za lastne manjše generatorje. Jedrska energija je izkoriščanje energije, ki se sprosti med jedrsko cepitvijo, "čist", a sporen proces. Zemeljski plin generatorji proizvajajo elektriko brez proizvodnje pare in jih je mogoče kombinirati s proizvodnjo pare. Biomasa rastline, v katerih se kot gorivo uporabljajo netradicionalni predmeti (na primer les ali rastlinske snovi), so v začetku 21. stoletja dobile zagon.
Kinetičnogeneratorji: Dve glavni vrsti kinetičnih generatorjev električne energije sta hidroelektrarne in vetrna elektrarna (ali vetrne turbine). Hidroelektrarne zanašajte se na pretok vode, da vrtite jaške znotraj generatorjev. Ker skozi leto malo rek teče s podobnim stalnim številom, večina teh objektov vključuje umetna jezera, ki so jih ustvarili jezovi (kot je Lake Medovina v južni Nevadi in severni Arizoni, ki jo tvori jez Hoover), tako da je mogoče pretok čez turbine umetno manipulirati v skladu s površino potrebe. Vetrna energija ima prednost, da ne moti lokalnih zemljišč in prosto živečih živali na enak način kot umetna jezera, vendar je zraka veliko manj učinkovita kot voda pri pridobivanju električne energije, poleg tega pa ima težave z različnimi stopnjami in hitrostmi veter. Medtem ko lahko "vetrnice" vključujejo številne turbine, povezane skupaj, da ustvarijo določeno raven moč, moč vetra, ki bi zadoščala za oskrbo z električno energijo za precejšnje skupnosti, še ni bila izvedljiva 2018.
