Защо и как магнитите могат да генерират електричество?
Магнитните полета произвеждат електричество
Магнитните полета могат да произвеждат електричество, защото движещите се магнитни полета могат да издърпват или избутват електрони. Генерирането на електричество от магнити е процес, при който се използва електромагнитна индукция за преобразуване на кинетична енергия в електрическа енергия.
 |
| Генериране на електричество от магнити (Generating electricity from magnets) |
Електромагнитната индукция по Фарадей
Електромагнитната индукция е явление, при което променящо се магнитно поле създава електродвижеща сила (ЕДС) в проводник, който се движи спрямо полето или е част от затворен контур. Това се основава на закона на Фарадей, който гласи, че индуцираната ЕДС е равна на скоростта на промяна на магнитния поток през контура.
За да се генерира електричество от магнити, са необходими няколко компонента:
Магнит
Източник на постоянно или променливо магнитно поле. Магнитът може да бъде постоянен (например неодимов) или електрически (например електромагнит). Магнитът може да бъде неподвижен или да се върти около ос.
Проводник
Материал, който позволява на електроните да течат свободно. Проводникът може да бъде метален тел, бобина, спирала или друга форма. Проводникът може да бъде неподвижен или да се върти около ос.
Вал
Ос, която свързва магнита и проводника и позволява тяхното въртене. Валът може да бъде задвижван от ръка, вятър, вода, пара или друг източник на кинетична енергия.
Натоварване
Устройство, което използва генерираното електричество за някаква цел. Натоварването може да бъде лампа, вентилатор, батерия или друго.
Принципът на работа на генератора от магнити е следният:
Промяна на магнитния поток
Когато магнитът и проводникът се движат спрямо друг друг в присъствието на магнитно поле, това променя магнитния поток през проводника.
Индуциране на електро движеща сила
Според закона на Фарадей, това индуцира електро движеща сила (ЕДС) в проводника, която поражда протичането на ток по него.
Посока на тока
Според закона на Ленц посоката на тока е такава, че да се противопоставя на промяната на потока, която я е създала. Това означава, че индуцираният ток създава свое собствено магнитно поле, което е в противоположна посока на оригиналното поле.
Доставяне на генерираното електричество
Токът от проводника може да бъде изпратен до натоварването чрез жици или други контакти. Така генераторът доставя електричество до натоварването.
|
|
Какви са предимствата на генераторите от магнити?
Генераторите от магнити имат няколко предимства в сравнение с други видове генератори, като например:
Висока ефективност
Използват магнитни полета, които не се износват или загубват сила с времето, за да индуцират ток в проводници. Това означава, че генераторите от магнити имат по-малки електрически загуби и по-висок коефициент на полезно действие.
Ниска скорост
Могат да произвеждат висока мощност при ниски обороти, което ги прави подходящи за използване с възобновяеми енергийни източници, като вятър, вода или биомаса. Това намалява нуждата от скъпи и сложни предавки или редуктори, които да променят скоростта на въртене.
Малки размери и тегло
Използват постоянни магнити или електромагнити, които са по-компактни и леки от традиционните електрически намотки. Това означава, че генераторите от магнити заемат по-малко пространство и са по-лесни за транспортиране и инсталиране.
Без нужда от поддръжка
Нямат четки, комутатори или други подвижни части, които да се износят или да се повредят. Това означава, че генераторите от магнити не изискват редовна поддръжка или ремонт и имат по-дълъг живот.
Какви са недостатъците на генераторите от магнити?
Генераторите от магнити имат и някои недостатъци в сравнение с други видове генератори, като например:
Висока цена
Използват постоянни магнити или електромагнити, които са по-скъпи от традиционните електрически намотки. Постоянните магнити изискват редки земни метали, които са ограничени и трудно достъпни. Електромагнитите изискват допълнително захранване, което увеличава разходите за експлоатация.
Нестабилност
Произвеждат променлив ток, който се колебае в зависимост от скоростта на въртене на ротора и силата на магнитното поле. Това означава, че генераторите от магнити трябва да бъдат регулирани и синхронизирани, за да поддържат постоянна честота и напрежение. Това изисква сложни контролни системи и защитни устройства, които да предотвратят претоварване или късо съединение.
Опасност
Произвеждат високо напрежение, което може да бъде опасно за човешкото здраве и околната среда. Високото напрежение може да причини токов удар, изгаряния или пожар. Високото напрежение може също така да повлияе на други електрически устройства в близост, като да ги повреди или да им причини смущения. Генераторите от магнити трябва да бъдат изолирани и заземени, за да се предпазят от тези рискове.
Може ли да се използва електромагнит за генериране на ток?
Електромагнит може да се използва за генериране на ток, ако се движи в магнитно поле или ако магнитното поле около него се променя. Това явление се нарича електромагнитна индукция и е открито от Майкъл Фарадей през 1831 година. Електромагнитната индукция се основава на принципа, че променящото се магнитно поле създава електрическо поле и обратно.
Когато електромагнитът се движи в магнитно поле или когато магнитното поле около него се променя, в проводника на електромагнита се индуцира електродвижещо напрежение (ЕДН), което предизвиква протичането на ток.
Електромагнитната индукция има много приложения в техниката и технологиите, като например:
Генератори
Генераторите използват електромагнитна индукция, за да превърнат механична енергия в електрическа. Например, в хидроелектрическите централи, водни турбини въртят ротори с електромагнити в статори с намотки от проводник. Това променя магнитния поток през намотките и индуцира ток в тях.
Трансформатори
Трансформаторите използват електромагнитна индукция, за да променят напрежението на променлив ток. Например, в електрическите мрежи, трансформаторите повишават напрежението на тока за по-ефективно предаване и намаляват напрежението на тока за безопасно използване. Трансформаторите са съставени от две намотки от проводник, свързани чрез обща желязна сърцевина. Когато променлив ток протича през първата намотка (първична), той създава променливо магнитно поле в сърцевината. Това магнитно поле индуцира ток във втората намотка (вторична), който има различно напрежение в зависимост от броя на навивките.
Електрически двигатели
Електрическите двигатели използват електромагнитна индукция, за да превърнат електрическа енергия в механична. Например, в индукционния двигател, постоянен или променлив ток протича през статора с намотки от проводник, който създава магнитно поле. Това магнитно поле индуцира ток в ротора, който е изработен от проводящ материал. Токът в ротора създава собствено магнитно поле, което взаимодейства с магнитното поле на статора и предизвиква ротора да се върти.
Кои са най-големите генератори от магнити в света?
Най-големите генератори от магнити в света са обикновено водноелектрически централи, които използват постоянни магнити или електромагнити за създаване на магнитни полета, които индуцират ток в проводници, въртящи се спрямо тях. Според капацитета на генериране на електричество, най-големите водноелектрически централи в света са:
ВЕЦ "Три клисури", Китай
Най-мощната водноелектрическа централа в света с капацитет 22 500 MW. Използва 32 основни турбини, захранвани от язовир на река Яндзъ.
ВЕЦ "Итайпу", Парагвай и Бразилия
Втората по големина водноелектрическа централа в света с капацитет 14 000 MW. Използва 20 основни турбини, захранвани от язовир на река Парана.
ВЕЦ "Гури", Венецуела
Третата по големина водноелектрическа централа в света с капацитет 10 235 MW. Използва 20 основни турбини, захранвани от язовир на река Карони.
ВЕЦ "Тукуруй" , Бразилия
Четвъртата по големина водноелектрическа централа в света с капацитет 8 370 MW. Използва 23 основни турбини, захранвани от язовир на река Токантинс.
ВЕЦ "Гранд Куле", Канада
Петата по големина водноелектрическа централа в света с капацитет 7 722 MW. Използва 27 основни турбини, захранвани от язовир на река Лабрадор.
Освен водноелектрическите централи, има и други видове генератори от магнити, които могат да произвеждат електричество от различни източници на кинетична енергия, като:
- - вятър,
- - пара,
- - газ или
- - биомаса.
Някои примери за такива генератори са:
3-фазен трифазен генератор на постоянни магнити от IstaBreeze®
Малък и лек генератор, който може да бъде използван за производство на електричество от хидроелектрически, еолични или други източници. Има капацитет между 0,5 и 7 kW и работи при напрежение от 12, 24 или 48 V.
Най-силният магнит в света
Експериментален генератор, разработен от Националната лаборатория Оук Ридж в САЩ. Използва електромагнит със сила 25 Тесла, който е 500 000 пъти по-силен от магнитното поле на Земята. Генераторът може да произвежда електричество от високоскоростни частици, които се движат в магнитното поле.
----------------
Няма коментари:
Публикуване на коментар