Contenu
- Générer de l'électricité
- Le générateur électrique: pourquoi?
- La physique de l'électricité
- Types de générateurs
Générer quelque chose, c'est le créer à partir d'autres ingrédients.Vous pouvez générer une courte histoire à l'aide d'extraits d'idées sur le monde qui vous entoure. les gens élaborent des plans pour leur vie en se basant sur des informations qu’ils rassemblent à partir de diverses sources
Un générateur, dans le langage de tous les jours, est une entité capable de produire de l'énergie, généralement de l'électricité, pour des activités humaines. Puisque le pouvoir et l’énergie ne peuvent malheureusement pas être créés à partir de rien, les générateurs eux-mêmes doivent être alimentés par une source externe quelconque, énergie qui est ensuite acheminée vers une électricité utilisable. Si vous avez déjà passé du temps à camper dans une cabine appartenant à des personnes bien préparées, vous connaissez peut-être le concept de génératrice à essence. Il existe aujourd'hui divers types de générateurs, mais ils reposent tous sur les mêmes principes de fonctionnement fondamentaux des générateurs physiques.
Générer de l'électricité
En 1831, le physicien Michael Faraday découvrit que, lorsqu'un aimant est déplacé à l'intérieur d'une bobine de fil, les électrons "s'écoulent" à l'intérieur du fil, avec ce mouvement appelé courant électrique. Un générateur est une machine qui convertit de l’énergie en courant électrique, mais quelle que soit la source de cette énergie - qu’il s’agisse du charbon, de l’hydroélectricité ou de l’énergie éolienne - la raison ultime pour laquelle un courant électrique est généré provient d’un mouvement dans un champ magnétique.
Selon toute vraisemblance, vous avez déjà vu des aimants en action, peut-être les petits aimants rectangulaires utilisés dans les maisons et les bureaux pour apposer des éléments d’intérêt pour les réfrigérateurs. Un type spécial d’aimant en forme de cylindre, appelé électroaimant, est placé autour d’une série de bobines isolées de fil conducteur (tel qu’un fil de cuivre) enroulées autour d’un arbre central. Chacune de ces nombreuses bobines ressemble donc à un anneau entourant l’arbre et orienté perpendiculairement à l’axe de l’arbre, un peu comme le rapport des pneus à l’axe qui les retient. Lorsque l'arbre connecté aux fils tourne, un courant est généré, car l'électroaimant cylindrique à l'extérieur des fils ne tourne pas avec eux, établissant ainsi un mouvement relatif entre un champ magnétique et des charges à l'intérieur du fil conducteur.
La même chose se produirait si la source d'un champ magnétique se déplaçait à proximité d'un ou de plusieurs fils fixes. Peu importe ce qui bouge, l'aimant ou le fil (ou les deux), tant qu'il existe un mouvement relatif et continu entre eux.
Le générateur électrique: pourquoi?
Pourquoi la production d'électricité en cours est-elle toujours une préoccupation? Pourquoi savez-vous que votre vie sera interrompue et probablement perturbée si "le courant est coupé" pendant plus d'un jour? La réponse simple est que, si les êtres humains peuvent stocker d’énormes quantités de combustibles fossiles tels que le gaz naturel et le pétrole destinés à être utilisés en cas d’urgence, il n’existe aucun moyen efficace de stocker de grandes quantités d’électricité. Vous avez probablement une version de la meilleure tentative de l’humanité de stocker l’électricité à sa portée, qui est une batterie. Cependant, alors que les batteries, comme tout le reste du monde technologique, ont gagné en puissance et en durée de vie, leur capacité à supporter le type de sorties de tension massives nécessaires pour alimenter des villes entières et des économies modernes est extrêmement limitée.
En l'absence d'un moyen fiable de stocker l'électricité, dans le monde moderne, il doit toujours exister des moyens de la produire à partir de matières premières. C'est pourquoi la plupart des entreprises, en fonction de leur nature, disposent de générateurs de secours en cas d'interruption de l'alimentation en ville. Si une boutique de cartes de baseball perdre de l'énergie pendant une heure n'est peut-être pas catastrophique, considérez les effets dans une unité de soins intensifs d'un hôpital où des machines à l'électricité permettent littéralement à des personnes de rester en vie en respirant pour elles et en assurant d'autres fonctions vitales.
La physique de l'électricité
Imaginez deux grands aimants en forme de cube placés à un mètre de distance, l'un avec son pôle sud faisant face au pôle nord de l'autre, créant ainsi un champ magnétique fort et additif entre eux. Ce champ est dirigé vers le pôle nord et, si les extrémités des aimants sont parfaitement verticales par rapport au sol, la direction du champ magnétique est parallèle au sol, à la manière d’un empilement de tapis invisibles. Si un fil conducteur se tenant droit est déplacé dans l'espace situé entre les aimants et reste à exactement 0,5 mètre de chacun, le mouvement du fil est perpendiculaire au champ magnétique et un courant est généré le long du fil. Le champ magnétique, le mouvement du fil et la direction du courant (et celle du fil) sont donc perpendiculaires entre eux.
Il est important de noter que cet agencement aimant-fil est parfaitement configuré pour générer une alimentation électrique constante tant que l’arbre central continue à tourner, déplaçant les fils enroulés à l’intérieur de l’aimant cylindrique de manière à assurer une stabilité constante. flux de courant à travers les fils et vers une machine externe, une maison ou un réseau électrique entier. Le truc ici, bien sûr, est de donner le pouvoir à l’arbre de tourner. Les ingénieurs ont produit différents types de générateurs utilisant différentes sources d’énergie.
Types de générateurs
Les générateurs électriques peuvent être divisés en générateurs thermiques, qui utilisent la chaleur pour produire de l'électricité, et en générateurs cinétiques, qui utilisent l'énergie du mouvement pour produire de l'électricité. (Notez que la chaleur, le travail et l’énergie ont tous les mêmes unités - généralement des joules ou un multiple de celles-ci, mais parfois des calories, des ergs ou des unités thermiques britanniques. La puissance est l’énergie par unité de temps et est généralement exprimée en watts ou en chevaux.)
Générateurs thermiques: Les générateurs de combustibles fossiles sont la norme de l'industrie et sont alimentés par la combustion de charbon, de pétrole (pétrole) ou de gaz naturel. Ces carburants sont abondants mais limités, et ils créent une foule de problèmes environnementaux et sanitaires qui ont poussé l’humanité à proposer des alternatives. Cogénération implique de canaliser la vapeur perdue provenant de ce type d'usines vers les clients qui l'utilisent pour leurs propres plus petits générateurs. Pouvoir nucléaire L’exploitation de l’énergie libérée lors de la fission nucléaire est un processus "propre" mais controversé. Gaz naturel les générateurs produisent de l'électricité sans produire de vapeur et peuvent être combinés avec la production de vapeur. Biomasse les plantes, dans lesquelles des éléments non traditionnels sont utilisés comme combustibles (comme du bois ou des matières végétales), ont pris de l'ampleur au début du XXIe siècle.
Cinétique générateurs: Les deux principaux types de générateurs d’électricité cinétique sont les centrales hydroélectriques et l’énergie éolienne (ou éoliennes). Centrales hydroélectriques compter sur le flux d’eau pour faire tourner les puits à l’intérieur des générateurs. Comme peu de rivières coulent toute l'année à un rythme proche de la normale, la plupart de ces installations sont constituées de lacs artificiels créés par des barrages (tels que le lac Mead dans le sud du Nevada et le nord de l'Arizona, formés par le barrage Hoover Dam), de sorte que artificiellement manipulé conformément aux besoins de la région. Énergie éolienne a pour avantage de ne pas perturber les terres et la faune locales de la même manière que les lacs artificiels, mais l’air est beaucoup moins efficace que l’eau pour la production d’énergie, et pose également le problème de la variation des niveaux et des vitesses de vent. Alors que les "parcs d'éoliennes" peuvent impliquer un certain nombre de turbines reliées ensemble pour créer un certain niveau d'énergie, une énergie éolienne suffisante pour fournir de l'électricité à de grandes communautés n'était pas encore réalisable à partir de 2018.