Generator energii elektrycznej to urządzenie, które zamienia energię mechaniczną na energię elektryczną. Jego działanie opiera się na zjawisku indukcji elektromagnetycznej, gdy obrót wirnika zmienia strumień magnetyczny przenikający jego przekrój poprzeczny, który wytwarza (indukuje) prąd elektryczny w
uzwojeniach wirnika. Siła tego prądu zależy od liczby ramek i zwojów w wirniku, powierzchni ramek, prędkości obrotowej i siły magnesów.
Wirnik to obracająca się część alternatora umieszczona w polu magnetycznym wytworzonym przez magnes stojana. Wirnik składa się z ramy uzwojonej cewkami, przez które przepływa indukowany prąd elektryczny.
Stojan jest stałą częścią generatora, która jest wyposażona w magnesy lub elektromagnesy, które wytwarzają pole magnetyczne dla wirnika.
W alternatorach pierścienie ślizgowe obracają się wraz z wirnikiem, przekazując prąd elektryczny do obwodu przez dociskane do nich stałe szczotki węglowe.
W generatorach prądu stałego rozdzielnica przenosi energię elektryczną z wirnika do obwodu. Styki przełącznika zmieniają się naprzemiennie, zapobiegając zmianie biegunowości prądu.
Oś jest połączona z turbiną, która obraca wirnik.
Alternatory wytwarzają energię elektryczną, której biegunowość napięcia zmienia się okresowo (jak gniazdko elektryczne w domu).
Generatory prądu stałego (zwane także dynamami) mają komutator, który zapobiega zmianie biegunowości napięcia.
WYZWANIE:
– Przekręć wirnik generatora za pomocą uchwytu.
– Zmieniaj prędkość i kierunek obrotów i obserwuj, w którym kierunku płynie prąd wytwarzany przez wirnik.
– Użyj dźwigni, aby zmienić typ generatora z AC na DC i odwrotnie.
– Zobacz, jak różni się wydajność generatora po zmianie jego typu.
– Po wygenerowaniu wystarczającej ilości energii otrzymasz Energy Quantum.
WYZWANIE:
– Wybierz melodię i zmień jej poziom głośności.
– Źródło dźwięku jest podłączone do głośników i elektromagnesów, pomiędzy którymi znajdują się opiłki żelaza.
– Elektromagnesy wytwarzają pole magnetyczne. Powoduje sklejanie się opiłków żelaza i przybieranie różnych kształtów.
– Zobacz, jak zmieniają się liczby przy różnych poziomach głośności.
– Otrzymasz Kwant energetyczny za oglądanie Tańców z Żelaznymi Odłamkami.
WYZWANIE:
– Włóż lub wyjmij magnes z cewki za pomocą uchwytu.
– Gdy magnes się porusza, zmienia się pole magnetyczne napędzające cewkę, indukując w cewce prąd elektryczny.
– Poruszaj magnesem w obu kierunkach z różnymi prędkościami i zobacz, jak zależy od niego kierunek i siła prądu.
– Za wygenerowanie wystarczającej ilości prądu elektrycznego otrzymasz Energy Quantum.
GDZIE WYKORZYSTUJEMY MAGNESY, ELEKTROMAGNESY I GENERATORY ENERGII ELEKTRYCZNEJ?
WCZORAJ
– Kompas z igłą magnetyczną był jednym z pierwszych wynalazków ułatwiających podróżowanie.
– Pierwsze generatory prądu stałego (dynami) były używane do oświetlenia ulicznego. Ze względu na duże straty dostarczały prąd na odległość nie większą niż 2 km.
DZISIAJ
– Olbrzymie alternatory wytwarzają większość energii elektrycznej w elektrowniach wszystkich typów na całym świecie.
– Niektóre z najpotężniejszych na świecie elektromagnesów są stosowane w akceleratorach cząstek (takich jak CERN) i reaktorach do testów syntezy jądrowej (takich jak ITER).
– Obrazowanie metodą rezonansu magnetycznego (MRI) wykorzystuje silne magnesy do tworzenia obrazów narządów wewnętrznych człowieka.
JUTRO
– Wydajne generatory liniowe mogą zapewnić zapasowe zasilanie ważnych fabryk lub budynków.
– Wysokowydajne generatory z napędem bezpośrednim zmniejszą liczbę komponentów w turbinach wiatrowych i wyeliminują konieczność stosowania przekładni.
– Pociągi lewitujące magnetycznie z wbudowanymi elektromagnesami nadprzewodzącymi pozwolą na osiągnięcie wyższych prędkości niż samoloty.
– Magnetyczno-jonowe silniki napędowe pozwolą statkom kosmicznym znacznie szybciej docierać do innych planet.