Innehåll
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 induktionsgenerator. Dessa generatorer kan vara tillräckligt små för att driva en vevlampa eller bli tillräckligt stora för att ge hela städer energi, men alla arbetar med principen om elektromagnetisk induktion, upptäckt av Michael Faraday, 1800-talets engelska fysiker och uppfinnare. Idag levererar induktionsgeneratorer som kör olika bränslen el till de flesta av världens befolkning.
Hur induktion fungerar
Idag är induktionsexperiment förmodligen ett av de viktigaste inom fysiken, och det var ett relativt enkelt. Han rullade en längd ledande tråd runt en cirkulär kärna och anslöt tråden till en meter. Han fann att flytta en magnet genom mitten av cirkeln orsakade ström i tråden. Strömmen stannade när han slutade flytta magneten, och den flödade i motsatt riktning när han vänd magnetens riktning. Senare formulerade han lagen om elektromagnetisk induktion, nu känd som Faradays Law, som relaterade strömstyrkan till storleken på magnetfältets förändring, även känd som magnetiskt flöde. Styrkan hos magneten, antalet spolar runt kärnan och egenskaperna hos ledningstråden påverkar alla beräkningar för verkliga generatorer.
Hur generatorer använder induktion
Oavsett om de är placerade i en hushållsverktygsgenerator, din bil eller ett kärnkraftverk, har generatorer i allmänhet samma funktioner. De inkluderar en rotor med en ihålig kärna som roterar runt en stator. Statorn är vanligtvis en kraftfull magnet, medan spolarna som transporterar elektricitet lindas runt rotorn. I vissa generatorer lindas spolarna runt statorn och rotorn magnetiseras. Det spelar ingen roll. Hursomhelst kommer el att flyta.
Rotorn måste snurra för att strömmen ska strömma, och det är där tillförseln av mekanisk energi kommer in. Stora generatorer utnyttjar olika bränslen och naturliga processer för denna energi. Med varje rotation av rotorn stannar strömmen, reverserar, stoppar igen och återgår till framåtriktningen. Denna typ av elektricitet kallas växelström, och antalet gånger den ändrar riktning i en sekund är en viktig egenskap.
Typer av bränsle
Rotorn i de flesta generatorer är ansluten till en turbin, och i många genererande anläggningar är turbinen ångdriven. Energi behövs för att värma vatten för att producera denna ånga, och att energi kan tillföras av fossila bränslen, till exempel kol och naturgas, biomassa eller kärnklyvning. Bränslet kan också komma från naturliga källor, till exempel geotermisk energi - naturlig värme som kommer från djupt i marken. Vattenkraftgeneratorer drivs av ett vattenfalls energi. Världens första vattenkraftgenerator, designad av Nikola Tesla och byggd av George Westinghouse, ligger vid Niagara Falls. Den genererar cirka 4,9 miljoner kilowatt kraft, tillräckligt för 3,8 miljoner hem.
Gör din egen generator
Det är väldigt lätt att konstruera en generator. Många mönster är möjliga, men en av de enklaste består av en stationär spole och en roterande magnet. Trådarna är lindade runt en spik belagd med förolämpande tejp, och magneten kan vara en enkel hästskoformad. När du borrar ett hål genom magnetens botten, sätter i en tätt montering axel och fäster axeln på en borr, kan du generera tillräckligt med el för att tända en glödlampa bara genom att använda borren så att magneten roterar runt spolen.