Wie Strom und Lichtmaschinen arbeiten - Erklären Sie, dass Stuff
Foto: Ein typischer Stromerzeuger. Dieser kann bis zu 225 kW elektrischer Leistung machen und zum Testen Prototyp Windkraftanlagen eingesetzt. Foto von Lee Fingersh mit freundlicher Genehmigung von US Department of Energy / National Renewable Energy Laboratory (DOE / NREL).
Wo kommt der Strom her?
Der beste Weg, um Elektrizität zu verstehen ist, indem es seinen richtigen Namen zu starten: elektrische Energie. Wenn Sie von einem Toaster oder eine Zahnbürste mit einem MP3-Player oder einem Fernseher alles elektrisch, laufen. Sie benötigen sie eine stetige Versorgung mit elektrischer Energie zu versorgen. Wo gehst du hin, dass von bekommen? Es gibt ein Grundgesetz der Physik der Erhaltung der Energie genannt, die erklärt, wie Sie Energie und erhalten können, wie Sie können es nicht. Nach diesem Gesetz gibt es eine festgelegte Menge an Energie im Universum und eine gute Nachricht und eine schlechte Nachricht über das, was wir damit machen können. Die schlechte Nachricht ist, dass wir nicht mehr Energie erzeugen können, als wir haben bereits; die gute Nachricht ist, dass wir keine Energie entweder nicht zerstören können. Alles, was wir jemals mit Energie tun können, ist es von einer Form in eine andere umwandeln.
Foto: Ein großer Stromerzeuger angetrieben durch Dampf bei CalEnergy der Leathers Geothermiekraftwerk in Imperial County, Kalifornien. Foto von Warren Gretz mit freundlicher Genehmigung von US Department of Energy / National Renewable Energy Laboratory (DOE / NREL).
Wenn Sie etwas Strom finden mögen Ihre Fernseher an der Macht, werden Sie nicht Energie aus der Luft werden zu machen: die Erhaltung der Energie sagen uns, das ist unmöglich. Was werden Sie tun ist Energie aus einer anderen Form in die elektrische Energie umgewandelt verwenden Sie benötigen. Im Allgemeinen kommt vor, dass in einiger Entfernung von Ihrem Haus in einem Kraftwerk. Schließen Sie Ihren Fernseher und elektrische Energie fließt in sie durch ein Kabel. Das Kabel ist viel länger, als Sie vielleicht denken: es läuft tatsächlich den ganzen Weg von Ihrem TV-U-Bahn oder durch die Luft-Kraftwerk, wo elektrische Energie für Sie von einem energiereichen Brennstoff wie Kohle, Öl hergestellt wird, Gas oder Atomkraftstoffs. In diesen umweltfreundlichen Zeiten werden einige Ihren Strom auch aus Windkraftanlagen kommen werden. Wasserkraftwerke (die Energie mit der Energie in gestauten Flüssen machen) oder Geothermie (Erde innere Wärme). Überall dort, wo Sie Ihre Energie herkommt, wird es mit ziemlicher Sicherheit in Strom mit Hilfe eines Generators gedreht werden. Nur Solarzellen Strom ohne Generatoren.
Wie können wir Strom erzeugen?
Ein Elektromotor ist im Wesentlichen nur eine straffe Wicklung aus Kupferdraht um einen Eisenkern gewickelt, der mit hohen Geschwindigkeit in einem leistungsfähigen Permanentmagneten zu drehen, frei ist. Wenn man Strom in die Kupferspule zuzuführen, wird es zu einem vorübergehenden, elektrisch angetriebenen Magneten, mit anderen Worten, ein Elektromagnet-und ein Magnetfeld um es erzeugt. Diese temporäre Magnetfeld drückt gegen das Magnetfeld, das der Permanentmagnet erzeugt und zwingt die Spule zu drehen. Durch ein Bit der geschickten Gestaltung kann die Spule hergestellt wird kontinuierlich in der gleichen Richtung zu drehen, Spinn rund und rund, und die Stromversorgung etwas von einer elektrischen Zahnbürste mit einer elektrischen Bahn.
Wie funktioniert ein Generator?
Kunstwerk: Ein einfacher Generator wie dieser erzeugt einen Strom (um einen elektrischen Strom, der periodisch umkehrt) abwechselt. Jede Seite des Generators (grün oder orange) wird entweder nach oben oder unten. Wenn es sich bewegt, wird es einen fließenden Strom einer Art und Weise zu erzeugen; wenn sie sich nach unten bewegt, fließt der Strom in die andere Richtung. Wenn Sie ein Messgerät mit dem Draht sind, dann wissen Sie nicht, welche Art und Weise der Draht bewegt: alles, was Sie sehen, dass die Richtung des Stroms periodisch umkehrt: Sie einen Wechselstrom zu sehen.
Die wichtige Sache zu bemerken ist, dass Sie nur einen Strom erzeugen, wenn Sie den Draht durch das Magnetfeld bewegen (oder, wenn Sie einen Magneten an einem Draht zu bewegen, die auf dasselbe hinausläuft). Es ist einfach nicht genug, um einen Draht in der Nähe eines Magneten zu platzieren: Elektrizität zu erzeugen, entweder der Draht über den Magneten oder umgekehrt zu bewegen. Angenommen, Sie viel Strom erzeugen wollen. Anheben eines Draht nach oben und unten den ganzen Tag nicht Spaß so sein würde viel brauchen Sie eine Möglichkeit zu schaffen, der einen Draht über einem Magneten bewegt durch den einen oder anderen von ihnen auf einem Rad montieren. Dann, wenn man das Rad drehen, der Draht und der Magnet werden in Bezug zueinander bewegen und ein elektrischer Strom erzeugt wird.
Nun, hier ist der interessante Teil. Angenommen, Sie einen Draht zu einer Schlaufe biegen, sitzen sie zwischen den Polen eines Magneten, und ordnen, damit er ständig drehen-wie im hier Diagramm. sehen Sie können sich wahrscheinlich, dass, wie Sie die Schleife drehen, wobei jede Seite des Drahtes (entweder die orange Seite oder die grüne Seite) wird manchmal bewegen und manchmal nach unten bewegen. Wenn es sich bewegt, wird Strom einen Weg fließen; wenn es nach unten bewegt, wird der Strom in die andere Richtung fließen. So ein Grundgenerator wie diese wird um einen elektrischen Strom zu erzeugen, der seine Richtung umkehrt jedesmal, wenn die Drahtschleife über Flips (in anderen Worten, ein Wechselstrom oder Wechselstrom). Allerdings sind die meisten einfachen Generatoren produzieren tatsächlich Gleichstrom-so wie sie es schaffen?
DC-Generatoren
AC Alternators
Was passiert, wenn Sie Wechselstrom erzeugen wollen (AC) statt Gleichstrom? Dann Sie einen Generator benötigen. Das ist einfach ein Wechselstromgenerator. Die einfachste Art der Lichtmaschine ist wie ein Gleichstromgenerator ohne Kommutator. Da die Spule oder Magnete aneinander vorbei dreht, steigt der Strom natürlich, Stürze und umkehrt, einen AC-Ausgang zu geben. So wie es AC-Induktionsmotoren. Elektromagneten, die die Verwendung ein rotierendes Magnetfeld anstelle von Permanentmagneten zu erzeugen, so dass es Wechselstromgeneratoren, die durch Induktion in einer ähnlichen Art und Weise arbeiten.
Generatoren sind vor allem für die Erzeugung von Strom aus Kraftfahrzeugmotoren verwendet. Autos verwenden Generatoren, angetrieben durch ihre Benzinmotoren. das Aufladen ihrer Akkus, wie sie entlang fahren (der Wechselstrom in Gleich umgewandelt wird, durch Dioden oder Gleichrichterschaltungen).
Kunstwerk: der einfachste DC-Generator mit dem einfachstenen Wechselstromgenerator Vergleich. Bei dieser Konstruktion dreht sich die Spule (grau) zwischen den Polen eines Dauermagneten. Jedesmal, wenn sie sich dreht, durch eine halbe Drehung, der Strom erzeugt sie umkehrt. Im Gleichstromgenerator (oben), kehrt ein Kollektor den Strom jedes Mal, wenn die Spule eine halbe Drehung bewegt, die Umkehrung der aktuellen Auslöschung. In dem Wechselstromlichtmaschine (unten), gibt es keinen Kommutator so dass der Ausgang einfach ansteigt, fällt, und umgekehrt wie die Spule dreht. Sie können in der Tabelle auf der rechten Seite den Ausgangsstrom von jedem Generatortyp sehen.
Generatoren in der realen Welt
Foto: Ein Wechselstromgenerator ist ein Generator, den AC (Wechselstrom) anstelle von DC (Gleichstrom) erzeugt. Hier können wir einen Mechaniker Entfernen der Generator von einem Außenbordmotor Bootsmotor sehen. Foto von Yesenia Rosas mit freundlicher Genehmigung von der US Navy.
tragbare Generatoren
Foto: Ein tragbarer Stromerzeuger angetrieben von einem Dieselmotor. Foto von JoAnn S. Makinano mit freundlicher Genehmigung von der US Air Force und Verteidigungs Bildern.
Die meiste Zeit nehmen wir Strom für selbstverständlich. Wir schalten Lichter. Fernseher oder Waschmaschinen, ohne zu stoppen zu denken, dass die elektrische Energie verwenden wir von irgendwoher kommen muss. Aber was, wenn Sie arbeiten im Freien, in der Mitte von Nirgendwo, und es gibt keine Stromversorgung Sie können Ihre Kettensäge oder Ihre elektrische Bohrmaschine an der Macht?
Eine Möglichkeit ist, Akku-Geräte mit Akku zu verwenden. Eine weitere Option ist für pneumatische Werkzeuge gehen, wie Presslufthämmer. Diese sind rein mechanisch und angetrieben von Druckluft anstelle von Strom. Eine dritte Möglichkeit ist, einen tragbaren Stromgenerator zu verwenden. Es ist einfach ein kleiner Benzinmotor (Ottomotor), ähnlich den kompakten Motor Sie auf einem Motorrad zu bekommen, mit einem Stromgenerator befestigt. Da der Motor weg chugs, Benzin verbrennt, drückt er einen Kolben hin und her, einen Generator drehen und einen stetigen elektrischen Strom als Ausgangssignal zu erzeugen. Mit Hilfe eines Transformators. Sie einen Generator wie diese verwenden, können Sie so ziemlich jede Spannung benötigen zu produzieren, wo immer Sie benötigen es. Solange Sie genug Benzin haben, können Sie Ihre eigene Stromversorgung auf unbestimmte Zeit machen. Aber denken Sie daran, die Erhaltung der Energie: laufen aus Gas und Sie laufen auch aus Strom!