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Etwas zu erschaffen heißt, es aus anderen Zutaten zu erschaffen.Sie können eine Kurzgeschichte mit Ausschnitten von Ideen über die Welt um Sie herum erstellen. Menschen erstellen Pläne für ihr Leben auf der Grundlage von Informationen, die sie aus einer Vielzahl von Quellen zusammenstellen.
Ein Generator ist in der Alltagssprache eine Einheit, die in der Lage ist, für menschliche Zwecke Strom, normalerweise Elektrizität, zu erzeugen. Da Strom und Energie leider nicht aus dem Nichts erzeugt werden können, müssen die Generatoren selbst von einer externen Quelle gespeist werden, die dann in nutzbaren Strom umgewandelt wird. Wenn Sie schon einmal in einer Hütte gezeltet haben, die gut vorbereiteten Leuten gehört, sind Sie vielleicht mit dem Konzept eines gasbetriebenen Generators vertraut. Heutzutage gibt es eine Vielzahl von Generatortypen, die sich jedoch alle auf die gleichen grundlegenden physikalischen Funktionsprinzipien des Generators stützen.
Strom erzeugen
Im Jahr 1831 entdeckte der Physiker Michael Faraday, dass, wenn ein Magnet innerhalb einer Drahtspule bewegt wird, Elektronen innerhalb des Drahts "fließen", wobei diese Bewegung als elektrischer Strom bezeichnet wird. Ein Generator ist eine Maschine, die Energie in elektrischen Strom umwandelt. Unabhängig von der Quelle dieser Energie - sei es Kohle, Wasserkraft oder Windkraft - wird elektrischer Strom letztendlich durch Bewegung in einem Magnetfeld erzeugt.
Höchstwahrscheinlich haben Sie Magnete in irgendeiner Weise in Aktion gesehen - vielleicht die kleinen rechteckigen Magnete, die in Wohn- und Büroumgebungen zum Anbringen von Gegenständen von Interesse an Kühlschränken verwendet werden. Eine spezielle Art von zylinderförmigem Magneten, Elektromagnet genannt, ist um eine Reihe von isolierten Spulen aus leitendem Draht (z. B. Kupferdraht) angeordnet, die um eine zentrale Welle gewickelt sind. Jede dieser vielen Spulen ist also wie ein Ring, der die Welle umgibt und im rechten Winkel zur Achse der Welle ausgerichtet ist, ähnlich wie die Beziehung der Reifen zur Achse, die sie hält. Wenn sich die mit den Drähten verbundene Welle dreht, wird ein Strom erzeugt, weil sich der zylindrische Elektromagnet außerhalb der Drähte nicht mit ihnen mitdreht, wodurch eine Relativbewegung zwischen einem Magnetfeld und Ladungen innerhalb des leitenden Drahtes hergestellt wird.
Dasselbe würde passieren, wenn sich die Quelle eines Magnetfelds in der Nähe eines stationären Drahtes oder von stationären Drähten bewegt. Es ist unerheblich, was sich bewegt, der Magnet oder der Draht (oder beide), solange eine relative, andauernde Bewegung zwischen ihnen besteht.
Der Stromgenerator: Warum?
Warum ist die laufende Stromerzeugung immer ein Problem? Warum wissen Sie, dass Ihr Leben unterbrochen und wahrscheinlich gestört wird, wenn die Stromversorgung länger als einen Tag ausfällt? Die einfache Antwort lautet: Während der Mensch enorme Mengen fossiler Brennstoffe wie Erdgas und Erdöl für Notfälle speichern kann, gibt es keine gute Möglichkeit, große Mengen Elektrizität zu speichern. Sie haben mit ziemlicher Wahrscheinlichkeit eine Version der Menschen, die am besten versucht, Elektrizität in Reichweite zu speichern, nämlich eine Batterie. Aber während Batterien, wie alles andere in der Welt der Technologie, im Laufe der Zeit leistungsfähiger und langlebiger geworden sind, sind sie hinsichtlich ihrer Kapazität zur Aufrechterhaltung der für die Stromversorgung ganzer Städte und moderner Volkswirtschaften erforderlichen massiven Spannungsausgaben äußerst begrenzt.
Da es in der modernen Welt keine verlässliche Möglichkeit gibt, Strom zu speichern, muss es immer Möglichkeiten geben, ihn aus Rohstoffen zu produzieren. Aus diesem Grund verfügen die meisten Unternehmen je nach Art über Backup-Generatoren für den Fall, dass die Versorgung der Umgebungsstadt unterbrochen wird. Während ein Baseball-Karten-Laden, der für eine Stunde an Strom verliert, möglicherweise nicht katastrophal ist, sollten Sie die Auswirkungen einer Intensivstation in einem Krankenhaus in Betracht ziehen, in der durch Elektrizität angetriebene Maschinen die Menschen buchstäblich am Leben erhalten, indem sie für sie und andere lebenswichtige Funktionen atmen.
Die Physik der Elektrizität
Stellen Sie sich zwei große, würfelförmige Magnete vor, die einen Meter voneinander entfernt angeordnet sind, wobei der Südpol dem Nordpol des anderen zugewandt ist und zwischen ihnen ein starkes, additives Magnetfeld erzeugt wird. Dieses Feld zeigt zum Nordpol, und wenn die Enden der Magnete in Bezug auf den Boden perfekt vertikal sind, verläuft die Magnetfeldrichtung parallel zum Boden wie bei einem Stapel unsichtbarer Teppiche. Wenn ein gerade stehender leitender Draht durch den Raum zwischen den Magneten bewegt wird und genau 0,5 Meter voneinander entfernt bleibt, ist die Bewegung des Drahts senkrecht zum Magnetfeld und es wird Strom entlang des Drahts erzeugt. Das Magnetfeld, die Drahtbewegung und die Stromrichtung (und die des Drahtes) stehen somit senkrecht zueinander.
Das Wichtigste dabei ist, dass diese Magnetdrahtanordnung perfekt für die Erzeugung einer konstanten Stromversorgung ausgelegt ist, solange sich die Zentralwelle weiter dreht. Dabei werden die im Inneren des zylindrischen Magneten aufgewickelten Drähte so bewegt, dass eine konstante Stromversorgung gewährleistet ist Stromfluss durch die Drähte und zu einer externen Maschine, einem Privathaushalt oder einem gesamten Stromnetz. Der Trick dabei ist natürlich, die Kraft für das Drehen der Welle bereitzustellen. Ingenieure haben eine Vielzahl verschiedener Arten von Generatoren hergestellt, die unterschiedliche Energiequellen verwenden.
Arten von Generatoren
Elektrische Generatoren können unterteilt werden in thermische Generatoren, die Wärme zur Stromerzeugung nutzen, und kinetische Generatoren, die die Bewegungsenergie zur Stromerzeugung nutzen. (Beachten Sie, dass Wärme, Arbeit und Energie alle die gleichen Einheiten haben - normalerweise Joule oder ein Vielfaches davon, aber manchmal auch Kalorien, Erg oder britische Wärmeeinheiten. Leistung ist Energie pro Zeiteinheit und wird normalerweise in Watt oder Pferdestärke angegeben.)
Wärmegeneratoren: Generatoren für fossile Brennstoffe sind der Industriestandard und werden durch Verbrennung von Kohle, Erdöl oder Erdgas betrieben. Diese Brennstoffe sind reichlich, aber begrenzt, und sie verursachen eine Vielzahl von Umwelt- und Gesundheitsproblemen, die die Menschheit dazu bewogen haben, Alternativen zu finden. KWK Bei diesen Anlagen wird der Abdampf an Kunden weitergeleitet, die den Dampf für ihre eigenen kleineren Generatoren verwenden. Atomkraft ist die Nutzung der bei der Kernspaltung freigesetzten Energie, ein "sauberer", aber umstrittener Prozess. Erdgas Generatoren erzeugen Strom ohne Dampf und können mit der Dampferzeugung kombiniert werden. Biomasse Pflanzen, in denen nicht-traditionelle Gegenstände als Brennstoff verwendet werden (wie Holz oder Pflanzenmaterial), haben zu Beginn des 21. Jahrhunderts an Dynamik gewonnen.
Kinetisch Generatoren: Die beiden Hauptarten von kinetischen Stromerzeugern sind Wasserkraftwerke und Windkraft (oder Windturbinen). Wasserkraftwerke Verlassen Sie sich auf den Wasserfluss, um die Wellen in den Generatoren zu drehen. Da das ganze Jahr über nur wenige Flüsse mit einer konstanten Geschwindigkeit fließen, handelt es sich bei den meisten dieser Anlagen um künstliche Seen, die durch Staudämme (wie Lake Mead im Süden von Nevada und im Norden von Arizona, gebildet durch den Hoover-Staudamm) geschaffen wurden, damit die Strömung über die Turbinen erfolgen kann künstlich manipuliert in Übereinstimmung mit Gebietsbedürfnissen. Windkraft hat den Vorteil, dass Land und wild lebende Tiere nicht auf die gleiche Weise wie künstliche Seen gestört werden, aber die Luft ist bei der Stromerzeugung weitaus weniger effizient als das Wasser und es besteht auch das Problem, dass die Windstärke und -geschwindigkeit variieren. Während "Windmühlenparks" eine Reihe von Turbinen umfassen können, die miteinander verbunden sind, um ein bestimmtes Maß an Strom zu erzeugen, war Windkraft, die ausreicht, um große Gemeinden mit Strom zu versorgen, ab 2018 noch nicht realisierbar.