Περιεχόμενο
- Δημιουργία ηλεκτρικής ενέργειας
- Η ηλεκτρική γεννήτρια: Γιατί;
- Η Φυσική της Ηλεκτρικής Ενέργειας
- Τύποι γεννητριών
Για να δημιουργήσετε κάτι είναι να το δημιουργήσετε από άλλα συστατικά.Μπορεί να δημιουργήσετε μια σύντομη ιστορία χρησιμοποιώντας αποσπάσματα ιδεών για τον κόσμο γύρω σας. οι άνθρωποι παράγουν σχέδια για τη ζωή τους βάσει των πληροφοριών που συγκεντρώνουν από διάφορες πηγές.
Μια γεννήτρια, σε καθημερινή γλώσσα, είναι μια οντότητα που είναι ικανή να παράγει ενέργεια, συνήθως ηλεκτρική, για ανθρώπινες προσπάθειες. Δεδομένου ότι η ενέργεια και η ενέργεια δεν μπορούν, δυστυχώς, να δημιουργηθούν από το τίποτα, οι ίδιοι οι ίδιοι οι γεννήτριες πρέπει να τροφοδοτούνται από μια εξωτερική πηγή κάποιου είδους, ενέργεια που στη συνέχεια διοχετεύεται σε χρησιμοποιήσιμο ηλεκτρισμό. Εάν έχετε περάσει ποτέ κάνοντας κάμπινγκ σε μια καμπίνα που ανήκει σε καλά προετοιμασμένους ανθρώπους, μπορεί να είστε εξοικειωμένοι με την έννοια της γεννήτριας αερίου. Σήμερα, υπάρχουν διάφοροι τύποι γεννητριών, αλλά όλοι αυτοί βασίζονται στις ίδιες βασικές αρχές λειτουργίας φυσικής γεννήτριας.
Δημιουργία ηλεκτρικής ενέργειας
Το 1831, ο φυσικός Michael Faraday ανακάλυψε ότι όταν ένας μαγνήτης μετακινείται μέσα σε ένα πηνίο σύρματος, τα ηλεκτρόνια "ρέουν" μέσα στο σύρμα, με αυτή την κίνηση που ονομάζεται ηλεκτρικό ρεύμα. Μια γεννήτρια είναι κάθε μηχάνημα που μετατρέπει ενέργεια σε ηλεκτρικό ρεύμα, αλλά ανεξάρτητα από την πηγή αυτής της ενέργειας - είτε είναι άνθρακας, υδροηλεκτρική ή αιολική ενέργεια - ο τελικός λόγος που παράγεται ηλεκτρικό ρεύμα είναι η κίνηση μέσα σε ένα μαγνητικό πεδίο.
Κατά πάσα πιθανότητα, έχετε δει μαγνήτες σε δράση με κάποιο τρόπο - ίσως οι μικροί, ορθογώνιοι μαγνήτες που χρησιμοποιούνται στο σπίτι και στο γραφείο για να τοποθετήσουν αντικείμενα ενδιαφέροντος στα ψυγεία. Ένα ειδικό είδος κυλινδρικού μαγνήτη, που ονομάζεται ηλεκτρομαγνήτης, τοποθετείται γύρω από μια σειρά μονωμένων πηνίων καλωδίου (όπως σύρματος χαλκού) που τυλίγονται γύρω από έναν κεντρικό άξονα. Καθένα από αυτά τα πολλά πηνία είναι σαν ένα δαχτυλίδι που περιβάλλει τον άξονα και είναι προσανατολισμένο σε ορθή γωνία ως προς τον άξονα του άξονα, σαν τη σχέση των ελαστικών με τον άξονα που τους συγκρατεί. Όταν ο άξονας που συνδέεται με τα σύρματα περιστρέφεται, παράγεται ένα ρεύμα, επειδή ο κυλινδρικός ηλεκτρομαγνήτης έξω από τα σύρματα δεν περιστρέφεται μαζί τους, δημιουργώντας έτσι σχετική κίνηση μεταξύ ενός μαγνητικού πεδίου και φορτίων εντός του αγώγιμου σύρματος.
Το ίδιο θα συνέβαινε εάν η πηγή ενός μαγνητικού πεδίου κινήθηκε κοντά σε ένα ακίνητο σύρμα ή καλώδια. Δεν έχει σημασία ποιος κινείται, ο μαγνήτης ή το σύρμα (ή και τα δύο), όσο υπάρχει σχετική συνεχής κίνηση μεταξύ τους.
Η ηλεκτρική γεννήτρια: Γιατί;
Γιατί η συνεχιζόμενη παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας είναι πάντα μια ανησυχία; Γιατί γνωρίζετε ότι η ζωή σας θα διακοπεί και ίσως να διαταραχθεί αν "η εξουσία σβήσει" για περισσότερο από μια ημέρα περίπου; Η απλή απάντηση είναι ότι, ενώ οι άνθρωποι μπορούν να αποθηκεύουν τεράστιες ποσότητες ορυκτών καυσίμων όπως το φυσικό αέριο και το πετρέλαιο για χρήση σε καταστάσεις έκτακτης ανάγκης, δεν υπάρχει καλός τρόπος αποθήκευσης μεγάλων ποσοτήτων ηλεκτρικής ενέργειας. Πολύ πιθανό να έχετε την καλύτερη προσπάθεια της ανθρωπότητας να αποθηκεύει την ηλεκτρική ενέργεια σε απόσταση, η οποία είναι μια μπαταρία. Αλλά ενώ οι μπαταρίες, όπως και όλοι οι άλλοι στον κόσμο της τεχνολογίας, έχουν γίνει πιο ισχυροί και διαρκείς με την πάροδο του χρόνου, είναι εξαιρετικά περιορισμένοι όσον αφορά την ικανότητά τους να διατηρούν το είδος των μαζικών εξόδων τάσης που απαιτούνται για την εξουσία ολόκληρων πόλεων και σύγχρονων οικονομιών.
Λόγω του ότι δεν υπάρχει αξιόπιστος τρόπος αποθήκευσης ηλεκτρικής ενέργειας στον σύγχρονο κόσμο, πρέπει πάντα να υπάρχουν τρόποι παραγωγής του από τις πρώτες ύλες. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο οι περισσότερες επιχειρήσεις, ανάλογα με τη φύση τους, διαθέτουν εφεδρικές γεννήτριες σε περίπτωση διακοπής του εφοδιασμού της πόλης. Ενώ ένα κατάστημα μπιλιάρδου που χάνει δύναμη για μια ώρα ίσως να μην είναι καταστροφικό, εξετάστε τις επιπτώσεις σε μια μονάδα εντατικής θεραπείας νοσοκομείων στην οποία οι ηλεκτρικά μηχανές κυριολεκτικά κρατούν τους ανθρώπους ζωντανούς με αναπνοή γι 'αυτούς και άλλες ζωτικές λειτουργίες.
Η Φυσική της Ηλεκτρικής Ενέργειας
Εικόνα δύο μεγάλων μαγνητών σε σχήμα κύβου τοποθετούνται σε απόσταση μέτρου, ο ένας με τον νότιο πόλο του που βλέπει στον βόρειο πόλο του άλλου και δημιουργεί έτσι ένα ισχυρό, πρόσθετο μαγνητικό πεδίο μεταξύ τους. Αυτό το πεδίο δείχνει προς τον βόρειο πόλο και, αν τα άκρα των μαγνητών είναι τελείως κάθετα σε σχέση με το πάτωμα, η κατεύθυνση του μαγνητικού πεδίου είναι παράλληλη με το δάπεδο, όπως μια στοίβα αόρατων χαλιών. Εάν ένα αγώγιμο καλώδιο που στέκεται κατ 'ευθείαν προς τα πάνω μετακινείται διαμέσου του χώρου μεταξύ των μαγνητών και παραμένει ακριβώς 0,5 μέτρα από το καθένα, η κίνηση του σύρματος είναι κάθετη στο μαγνητικό πεδίο και παράγεται ρεύμα κατά μήκος του σύρματος. Το μαγνητικό πεδίο, η κίνηση σύρματος και η κατεύθυνση ρεύματος (και εκείνη του σύρματος) είναι έτσι αμοιβαία κάθετα.
Το σημαντικό απόθεμα από αυτό είναι ότι αυτή η διάταξη μαγνητικού σύρματος είναι τέλεια ρυθμισμένη για να παράγει μια σταθερή παροχή ηλεκτρισμού όσο ο κεντρικός άξονας συνεχίζει να περιστρέφεται μετακινώντας τα σύρματα που είναι τυλιγμένα μέσα στον κυλινδρικό μαγνήτη με τέτοιο τρόπο ώστε να εξασφαλίζεται σταθερή ροή ρεύματος μέσω των συρμάτων και σε μια εξωτερική μηχανή, στο σπίτι ή σε ολόκληρο το ηλεκτρικό δίκτυο. Το κόλπο εδώ, φυσικά, παρέχει τη δύναμη για την περιστροφή του άξονα. Οι μηχανικοί έχουν παραγάγει μια ποικιλία διαφορετικών ειδών γεννητριών που χρησιμοποιούν διαφορετικές πηγές ενέργειας.
Τύποι γεννητριών
Οι ηλεκτρικές γεννήτριες μπορούν να χωριστούν σε θερμικές γεννήτριες, οι οποίες χρησιμοποιούν τη θερμότητα για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, και κινητικές γεννήτριες, οι οποίες χρησιμοποιούν την ενέργεια της κίνησης για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. (Σημειώστε ότι η θερμότητα, η εργασία και η ενέργεια έχουν όλες τις ίδιες μονάδες - συνήθως joules ή ένα πολλαπλάσιο αυτών, αλλά μερικές φορές θερμίδες, ergs ή βρετανικές θερμικές μονάδες.
Θερμικές γεννήτριες: Οι γεννήτριες ορυκτών καυσίμων είναι το βιομηχανικό πρότυπο και τροφοδοτούνται με καύση άνθρακα, πετρελαίου (πετρελαίου) ή φυσικού αερίου. Αυτά τα καύσιμα είναι άφθονα αλλά πεπερασμένα και δημιουργούν μια σειρά περιβαλλοντικών και υγειονομικών προβλημάτων που έχουν ωθήσει την ανθρωπότητα να βρει εναλλακτικές λύσεις. Συμπαραγωγή περιλαμβάνει τη διάθεση των αποβλήτων ατμού από αυτά τα είδη φυτών σε πελάτες που χρησιμοποιούν τον ατμό για τις δικές τους μικρότερες γεννήτριες. Πυρηνική δύναμη είναι η αξιοποίηση της ενέργειας που απελευθερώνεται κατά τη διάρκεια της πυρηνικής σχάσης, μια "καθαρή" αλλά αμφιλεγόμενη διαδικασία. Φυσικό αέριο οι γεννήτριες παράγουν ηλεκτρισμό χωρίς παραγωγή ατμού και μπορούν να συνδυαστούν με παραγωγή ατμού. Βιομάζα φυτά, στα οποία χρησιμοποιούνται μη παραδοσιακά αντικείμενα ως καύσιμα (όπως το ξύλο ή η φυτική ύλη), έχουν αποκτήσει δυναμική στις αρχές του 21ου αιώνα.
Κινητικός γεννήτριες: Τα δύο κύρια είδη γεννητριών κινητικής είναι τα υδροηλεκτρικά και η αιολική (ή οι ανεμογεννήτριες). Υδροηλεκτρικά φυτά βασιστείτε στη ροή του νερού για να περιστρέψετε τους άξονες μέσα στις γεννήτριες. Επειδή λίγα ποτάμια διέρχονται όλο το χρόνο σε κάτι που μοιάζει με σταθερό ρυθμό, οι περισσότερες από αυτές τις εγκαταστάσεις περιλαμβάνουν τεχνητές λίμνες που δημιουργούνται από φράγματα (όπως η λίμνη Mead στη νότια Νεβάδα και η βόρεια Αριζόνα, που σχηματίζεται από το Hoover Dam) τεχνητό χειρισμό σύμφωνα με τις ανάγκες της περιοχής. Αιολική ενέργεια έχει το πλεονέκτημα ότι δεν διαταράσσει την τοπική γη και την άγρια φύση με τον ίδιο τρόπο που κάνουν οι τεχνητές λίμνες, αλλά ο αέρας είναι πολύ λιγότερο αποδοτικός από το νερό στην παραγωγή ενέργειας και φέρνει επίσης το πρόβλημα των διαφορετικών επιπέδων και των ανέμων. Ενώ οι «ανεμόμυλοι» μπορούν να εμπλέκουν έναν αριθμό στροβίλων που συνδέονται μεταξύ τους για να δημιουργήσουν ένα ορισμένο επίπεδο ισχύος, η αιολική ενέργεια που επαρκεί για την παροχή ηλεκτρικού ρεύματος σε μεγάλες κοινότητες δεν ήταν ακόμη εφικτή από το 2018.