Indhold
At generere noget er at skabe det fra andre ingredienser.Du genererer muligvis en novelle ved hjælp af uddrag af ideer om verden omkring dig; mennesker genererer planer for deres liv baseret på information, de samler fra forskellige kilder.
En generator i hverdagens sprog er en enhed, der er i stand til at producere strøm, normalt elektricitet, til menneskelige bestræbelser. Da energi og energi desværre ikke kan skabes fra intet, skal generatorer selv være drevet af en ekstern kilde af en eller anden art, energi, der derefter kanaliseres til brugbar elektricitet. Hvis du nogensinde har brugt tid på at campere i en hytte, der ejes af velforberedte mennesker, er du måske bekendt med konceptet med en gasdrevet generator. I dag findes en række forskellige typer generatorer, men alle er afhængige af de samme grundlæggende fysiske generatorprincipper.
Genererer elektricitet
I 1831 opdagede fysikeren Michael Faraday, at når en magnet flyttes inden i en trådspole, "strømmer" elektroner inde i ledningen, med denne bevægelse kaldet elektrisk strøm. En generator er enhver maskine, der konverterer energi til elektrisk strøm, men uanset kilden til denne energi - det være sig kul, hydro eller vindkraft - er den ultimative årsag til, at elektrisk strøm genereres gennem bevægelse inden for et magnetfelt.
Efter al sandsynlighed har du set magneter i aktion på en eller anden måde - måske de små, rektangulære magneter, der bruges i hjemmet og på kontoret til at anbringe genstande af interesse for køleskabe. En speciel type cylinderformet magnet, kaldet en elektromagnet, er placeret omkring en række isolerede spoler af ledende ledning (såsom en kobbertråd), der er pakket rundt om en central aksel. Hver af disse mange spoler er derfor som en ring, der omgiver skaftet og orienteret i en ret vinkel til akslen på skaftet, ligesom forholdet mellem dæk og akslen, der holder dem. Når akslen, der er forbundet med ledningerne, roterer, genereres der en strøm, fordi den cylindriske elektromagnet uden for trådene ikke roterer sammen med dem, hvilket således skaber relativ bevægelse mellem et magnetfelt og ladninger inde i ledertråden.
Det samme ville ske, hvis kilden til et magnetfelt bevæges i nærheden af en stationær ledning eller ledninger. Det betyder ikke noget, der bevæger sig, magneten eller ledningen (eller begge dele), så længe der er relativ, løbende bevægelse mellem dem.
Den elektriske generator: Hvorfor?
Hvorfor er den igangværende produktion af elektricitet altid en bekymring? Hvorfor ved du, at dit liv vil blive afbrudt og sandsynligvis forstyrret, hvis "strømmen går ud" i mere end en dag eller deromkring? Det enkle svar er, at selvom mennesker kan opbevare enorme mængder fossile brændstoffer som naturgas og olie til brug i nødsituationer, er der ingen god måde at opbevare store mængder elektricitet. Du har sandsynligvis en version af menneskehedens bedste forsøg på at opbevare elektricitet inden for rækkevidde, som er et batteri. Men selvom batterier, ligesom alt andet i teknologiens verden, er blevet stærkere og længerevarende over tid, er de yderst begrænsede med hensyn til deres kapacitet til at opretholde den form for massive spænding, som kræves for at drive hele byer og moderne økonomier.
Som et resultat af, at der ikke findes nogen pålidelig måde at opbevare elektricitet, skal der i den moderne verden altid være måder at fremstille det fra råvarer på. Dette er grunden til, at de fleste virksomheder, afhængigt af deres art, har backup-generatorer, i tilfælde af at den omgivende byforsyning afbrydes. Mens en baseball-kortbutik, der mister strøm i en time, muligvis ikke er katastrofal, skal du overveje virkningerne på en hospitalskrævende enhed, hvor elektricitetsdrevne maskiner bogstaveligt holder folk i live ved at trække vejret efter dem og andre vigtige funktioner.
Fysikken i elektricitet
Forestil dig to store, terningformede magneter placeret en meter fra hinanden, hvor den ene med sin sydpol vender mod den anden nordpol og skaber derved et stærkt, additivt magnetfelt mellem dem. Dette felt peger mod nordpolen, og hvis enderne af magneterne er perfekt lodrette i forhold til gulvet, er magnetfeltretningen parallel med gulvet, ligesom en stabel med usynlige tæpper. Hvis en ledende ledning, der står lige op, bevæges gennem rummet mellem magneterne og forbliver nøjagtigt 0,5 meter fra hver, er trådens bevægelse vinkelret på magnetfeltet, og der genereres strøm langs wiren. Magnetfeltet, trådbevægelsen og strømretningen (og trådens) er således indbyrdes vinkelret.
Den vigtige afhentning heraf er, at dette magnettrådarrangement er perfekt indrettet til at generere en stabil forsyning af elektricitet, så længe den centrale aksel fortsætter med at rotere, hvilket bevæger ledningerne, der er viklet inde i den cylindriske magnet, på en sådan måde, at der sikres en stabil strøm af strøm gennem ledningerne og til en ekstern maskine, hjemme- eller hele elnettet. Tricket her er selvfølgelig at give kraften til skaftet til at dreje. Ingeniører har produceret en række forskellige slags generatorer, der bruger forskellige strømkilder.
Typer af generatorer
Elektriske generatorer kan opdeles i termiske generatorer, der bruger varme til at generere elektricitet, og kinetiske generatorer, der bruger bevægelsesenergien til at producere elektricitet. (Bemærk, at varme, arbejde og energi alle har de samme enheder - normalt joule eller et multiplum deraf, men sommetider kalorier, ergs eller britiske termiske enheder. Strøm er energi pr. Tidsenhed og er typisk i watt eller hestekræfter.)
Termiske generatorer: Generatorer med fossile brændstoffer er industristandarden og drives af forbrænding af kul, olie (olie) eller naturgas. Disse brændstoffer er rigelige, men endelige, og de skaber en række miljø- og sundhedsmæssige problemer, der har ansporet menneskeheden til at komme med alternativer. kraftvarme involverer at føre affaldsdamp fra disse typer planter til kunder, der bruger dampen til deres egne mindre generatorer. Atomkraft er udnyttelse af den energi, der frigives under nuklear fission, en "ren" men kontroversiel proces. Naturgas generatorer producerer elektricitet uden at producere damp og kan kombineres med dampproduktion. Biomasse planter, hvor ikke-traditionelle genstande bruges som brændstof (som træ eller plantestof), har fået fart i begyndelsen af det 21. århundrede.
Kinetic generatorer: De to hovedtyper af kinetisk elektricitetsgeneratorer er vandkraftværker og vindkraft (eller vindmøller). Vandkraftværker stole på strømmen af vand for at dreje akslerne i generatorerne. Fordi få floder flyder gennem året med noget, der ligner en jævn hastighed, involverer de fleste af disse faciliteter kunstige søer skabt af dæmninger (såsom Lake Mead i det sydlige Nevada og det nordlige Arizona, dannet af Hoover Dam), så strømmen over turbinerne kan kunstigt manipuleret i overensstemmelse med arealbehov. Vindkraft har fordelen ved ikke at forstyrre det lokale land og dyreliv på samme måde som kunstige søer, men luft er meget mindre effektiv end vand ved generering af strøm, og det bærer også problemet med forskellige niveauer og vindhastigheder. Mens "vindmølleparker" kan involvere et antal møller, der er knyttet sammen for at skabe et vist magtniveau, var vindkraft, der var tilstrækkelig til at levere elektricitet til betydelige samfund, endnu ikke mulig fra 2018.