Ett batteri omvandlar kemisk energi till elektricitet, och en solcell producerar elektricitet från solens energi, men om du vill producera elektricitet från mekanisk energi behöver du en induktion generator. Dessa generatorer kan vara tillräckligt små för att driva en vevlampa eller vara tillräckligt stora för att ge hela städerna energi, men alla arbeta på principen om elektromagnetisk induktion, upptäckt av Michael Faraday, den engelska fysikern från 1800-talet och uppfinnare. Idag levererar induktionsgeneratorer som kör på olika bränslen el till de flesta av världens befolkning.
Hur induktion fungerar
Faradays induktionsexperiment är förmodligen ett av de viktigaste inom fysiken, och det var relativt enkelt. Han lindade en längd ledande tråd runt en cirkulär kärna och kopplade kabeln till en meter. Han upptäckte att rörelse av en magnet genom mitten av cirkeln fick ström att strömma i ledningen. Strömmen stannade när han slutade flytta magneten och den flödade i motsatt riktning när han vände om magnetens riktning. Han formulerade senare lagen om elektromagnetisk induktion, nu känd som Faradays lag, som relaterade till strömstyrkan till storleken på förändringen av magnetfältet, även känt som magnetiskt flöde. Magnetens styrka, antalet spolar runt kärnan och egenskaperna hos den ledande ledningen påverkar alla beräkningar för verkliga generatorer.
Hur generatorer använder induktion
Oavsett om det finns i en hushållsgenerator, din bil eller ett kärnkraftverk, har generatorer generellt samma funktioner. De inkluderar en rotor med en ihålig kärna som roterar runt en stator. Statorn är vanligtvis en kraftfull magnet, medan spolarna som bär elektricitet lindas runt rotorn. I vissa generatorer lindas spolarna runt statorn och rotorn magnetiseras. Det spelar ingen roll. Hur som helst kommer strömmen att strömma.
Rotorn måste snurra för att ström ska strömma, och det är där inmatningen av mekanisk energi kommer in. Storskaliga generatorer tappar en mängd olika bränslen och naturliga processer för denna energi. För varje rotering av rotorn stannar det aktuella flödet, backar, stoppar igen och återgår till riktning framåt. Denna typ av elektricitet kallas växelström och antalet gånger den ändrar riktning på en sekund är en viktig egenskap.
Typer av bränsle
Rotorn i de flesta generatorer är ansluten till en turbin, och i många generatoranläggningar är turbinen ångdriven. Energi behövs för att värma upp vatten för att producera denna ånga, och att energi kan levereras av fossila bränslen, såsom kol och naturgas, biomassa eller kärnklyvning. Bränslet kan också komma från naturliga källor, såsom geotermisk energi - naturlig värme som kommer från djupt i marken. Vattenkraftgeneratorer drivs av vattenfallets energi. Världens första vattenkraftgenerator, designad av Nikola Tesla och byggd av George Westinghouse, ligger vid Niagara Falls. Det genererar cirka 4,9 miljoner kilowatt kraft, tillräckligt för 3,8 miljoner hem.
Skapa din egen generator
Det är väldigt enkelt att konstruera en generator. Många mönster är möjliga, men en av de enklaste består av en stationär spole och en roterande magnet. Trådarna lindas runt en spik belagd med förolämpande tejp, och magneten kan vara enkel hästskoformad. När du borrar ett hål genom magnetens bas, sätt in en tätt passande axel och fäst axeln på en borr, du kan generera tillräckligt med elektricitet för att tända en glödlampa bara genom att använda borrmaskinen för att få magneten att rotera runt spole.
