Innhold
Å generere noe er å lage det fra andre ingredienser.Du kan generere en novelle ved hjelp av utdrag av ideer om verden rundt deg; mennesker genererer planer for sine liv basert på informasjon de samler fra en rekke kilder.
En generator, i hverdagsspråket, er en enhet som er i stand til å produsere kraft, vanligvis strøm, for menneskelige bestrebelser. Siden kraft og energi dessverre ikke kan skapes fra ingenting, må generatorer selv drives av en ekstern kilde av en eller annen art, energi som deretter kanaliseres til brukbar strøm. Hvis du noen gang har brukt tid på å campe i en hytte som er eid av godt forberedte mennesker, er du kanskje kjent med konseptet med en bensindrevet generator. I dag eksisterer en rekke typer generatorer, men alle er avhengige av de samme grunnleggende fysiske generatorens arbeidsprinsipper.
Genererer strøm
I 1831 oppdaget fysikeren Michael Faraday at når en magnet flyttes inne i en trådspole, strømmer elektroner inne i ledningen, med denne bevegelsen som kalles elektrisk strøm. En generator er en hvilken som helst maskin som konverterer energi til elektrisk strøm, men uavhengig av kilden til denne energien - det være seg kull, vannkraft eller vindkraft - er den endelige grunnen til at elektrisk strøm genereres gjennom bevegelse i et magnetfelt.
Etter all sannsynlighet har du sett magneter i aksjon på en eller annen måte - kanskje de små, rektangulære magneter som brukes i innstillinger for hjem og kontor for å påføre gjenstander som er interessante for kjøleskap. En spesiell type sylinderformet magnet, kalt en elektromagnet, er plassert rundt en serie isolerte spoler av ledende ledning (for eksempel en kobbertråd) som er pakket rundt en sentral aksel. Hver av disse mange spolene er da som en ring som omgir skaftet og orienteres i rett vinkel mot akselen til akselen, omtrent som forholdet mellom dekk og akselen som holder dem. Når skaftet som er koblet til ledningene roterer, genereres det en strøm, fordi den sylindriske elektromagneten utenfor ledningene ikke roterer sammen med dem, og dermed oppretter relativ bevegelse mellom et magnetfelt og ladninger inne i ledertråden.
Det samme ville skje hvis kilden til et magnetfelt beveget seg i nærheten av en stasjonær ledning eller ledninger. Det spiller ingen rolle hvilken som beveger seg, magneten eller ledningen (eller begge deler), så lenge det er en relativ, kontinuerlig bevegelse mellom dem.
Den elektriske generatoren: Hvorfor?
Hvorfor er den pågående produksjonen av strøm alltid en bekymring? Hvorfor vet du at livet ditt vil bli avbrutt og sannsynligvis forstyrret hvis "strømmen går ut" i mer enn et døgn? Det enkle svaret er at selv om mennesker kan lagre enorme mengder fossilt brensel som naturgass og olje til bruk i nødsituasjoner, er det ingen god måte å lagre store mengder strøm på. Du har ganske sannsynlig en versjon av menneskets beste forsøk på å lagre strøm innen rekkevidde, som er et batteri. Men mens batterier, som alt annet i teknologiens verden, har blitt kraftigere og mer varige over tid, er de ekstremt begrensede når det gjelder kapasitet til å opprettholde den typen massive spenningsutganger som kreves for å drive hele byer og moderne økonomier.
Som et resultat av at det ikke er noen pålitelig måte å lagre strøm på, i den moderne verden, må det alltid være måter å produsere det fra råvarer på. Dette er grunnen til at de fleste virksomheter, avhengig av deres art, har backup-generatorer i tilfelle den omgivende byforsyningen avbrytes. Mens en baseball-kortbutikk som mister strømmen i en time, kanskje ikke er katastrofal, må du vurdere effektene på en intensivavdeling på sykehus der elektrisitetsdrevne maskiner bokstavelig talt holder mennesker i live ved å puste for dem og andre viktige funksjoner.
Fysikken til elektrisitet
Bilde av to store, kubeformede magneter plassert en meter fra hverandre, den ene med sydpolen vendt mot nordpolen til den andre og dermed skape et sterkt, additivt magnetfelt mellom dem. Dette feltet peker mot nordpolen, og hvis endene av magnetene er perfekt vertikale i forhold til gulvet, er magnetfeltretningen parallell med gulvet, som en bunke med usynlige tepper. Hvis en ledende ledning som står rett opp blir flyttet gjennom rommet mellom magnetene og forblir nøyaktig 0,5 meter fra hver, er ledningens bevegelse vinkelrett på magnetfeltet og strøm genereres langs ledningen. Magnetfeltet, trådbevegelsen og strømretningen (og ledningen) er således gjensidig vinkelrett.
Den viktige takeawayen fra dette er at dette magnettrådarrangementet er perfekt satt opp for å generere en jevn strømforsyning så lenge sentralakselen fortsetter å rotere, og beveger ledningene som er kveilet inne i den sylindriske magneten på en slik måte at de sikrer en jevn strøm av strøm gjennom ledningene og til en ekstern maskin, hjemme eller hele strømnettet. Trikset her er selvfølgelig å gi kraften til at skaftet snurrer. Ingeniører har produsert en rekke forskjellige typer generatorer som benytter seg av forskjellige kraftkilder.
Typer generatorer
Elektriske generatorer kan deles inn i termiske generatorer, som benytter seg av varme til å generere strøm, og kinetiske generatorer, som benytter seg av bevegelsesenergien til å produsere elektrisitet. (Merk at varme, arbeid og energi alle har de samme enhetene - vanligvis joule eller et multippel derav, men noen ganger kalorier, ergs eller britiske termiske enheter. Kraft er energi per tidsenhet og er vanligvis i watt eller hestekrefter.)
Termiske generatorer: Generatorer med fossilt brensel er industristandarden og drives av forbrenning av kull, petroleum (olje) eller naturgass. Disse drivstoffene er rikelig, men begrensede, og de skaper en rekke miljø- og helseproblemer som har ansporet menneskeheten til å komme med alternativer. Kraftvarme innebærer å føre avfallsdamp fra denne typen planter til kunder som bruker dampen til sine egne mindre generatorer. Kjernekraft er utnyttelse av energien som frigis under kjernefysisk fisjon, en "ren" men kontroversiell prosess. Naturgass generatorer produserer strøm uten å produsere damp og kan kombineres med dampproduksjon. biomasse planter, der ikke-tradisjonelle gjenstander brukes som drivstoff (for eksempel tre eller plantestoff), har fått fart på begynnelsen av det 21. århundre.
Kinetic generatorer: De to hovedtyper av kinetisk elektrisitetsgeneratorer er vannkraftverk og vindkraft (eller vindmøller). Vannkraftverk stole på strømmen av vann for å snurre sjaktene i generatorene. Fordi få elver strømmer gjennom året med noe som likner på en jevn hastighet, involverer de fleste av disse anleggene kunstige innsjøer skapt av demninger (som Lake Mead i det sørlige Nevada og Nord-Arizona, dannet av Hoover Dam), slik at strømmen over turbinene kan bli kunstig manipulert i samsvar med arealbehov. Vindkraft har fordelen av å ikke forstyrre lokalt land og dyreliv på samme måte som kunstige innsjøer gjør, men luft er mye mindre effektiv enn vann ved å generere kraft, og det bærer også problemet med varierende nivåer og vindhastigheter. Mens "vindmølleparker" kan involvere en rekke turbiner koblet sammen for å skape et visst nivå av kraft, var vindkraft tilstrekkelig til å gi strøm til betydelige samfunn enda ikke mulig fra og med 2018.