Door Chris Deziel, bijgewerkt op 24 maart 2022

skyNext/iStock/GettyImages

Een batterij zet chemische energie om in elektriciteit, en een zonnecel verzamelt de zonnestralen, maar voor het omzetten van mechanische beweging in kracht is een inductiegenerator nodig. Deze machines kunnen variëren van een draagbare zaklamp tot elektriciteitscentrales op stadsschaal, die allemaal werken volgens hetzelfde principe dat werd ontdekt door de 19e-eeuwse natuurkundige Michael Faraday:elektromagnetische inductie. Tegenwoordig draaien inductiegeneratoren op diverse brandstoffen en leveren ze elektriciteit aan miljoenen mensen over de hele wereld.

Hoe inductie werkt

Het baanbrekende experiment van Faraday uit 1831 omvatte het wikkelen van een geleidende spoel rond een kern en het meten van de stroom terwijl een magneet door de lus bewoog. De geïnduceerde stroom verdween toen de magneet stopte en keerde om toen de richting van de magneet veranderde. Hieruit formaliseerde Faraday de wet van elektromagnetische inductie, nu de wet van Faraday genoemd, die de grootte van de geïnduceerde spanning koppelt aan de snelheid waarmee de magnetische flux verandert. Praktische generatoren passen de windingen van de spoel, de magneetsterkte en de draadeigenschappen aan om de output te optimaliseren.

Hoe generatoren inductie gebruiken

Of het nu gaat om een back-upeenheid thuis, een autodynamo of een kerncentrale, inductiegeneratoren hebben dezelfde kernkenmerken:een roterende rotor en een stationaire stator. Meestal bevat de stator sterke permanente magneten, terwijl de rotor de geleidende wikkelingen draagt ​​(of omgekeerd). Terwijl de rotor draait, wisselt het magnetische veld binnen de wikkelingen af, waardoor een wisselstroom (AC) ontstaat. De frequentie van deze AC (hoe vaak de stroom per seconde omkeert) is een belangrijke parameter voor netcompatibiliteit.

Soorten brandstoffen en energiebronnen

De meeste grote generatoren koppelen de rotor aan een turbine. In stoomkrachtcentrales wordt water verwarmd – door het verbranden van steenkool, aardgas, biomassa of door kernsplijting – om stoom te creëren die de turbine laat draaien. Geothermische centrales maken gebruik van diepe aardwarmte, terwijl waterkrachtcentrales gebruik maken van de waterstroom. De eerste hydro-elektrische generator, ontworpen door Nikola Tesla en gebouwd door George Westinghouse, staat nog steeds in de Niagara Falls en produceert ongeveer 4,9 GW aan stroom, genoeg om 3,8 miljoen huishoudens van stroom te voorzien.

Een eenvoudige generator bouwen

Het construeren van een basisgenerator is verrassend eenvoudig. Een gebruikelijk ontwerp maakt gebruik van een stationaire spoel en een roterende magneet. Wikkel geïsoleerde koperdraad rond een spijker of stalen staaf en plaats een hoefijzermagneet rond de spoel. Bevestig de magneet op een as die precies in een boor past; Door de as te laten draaien, roteert de magneet ten opzichte van de spoel, waardoor een spanning wordt opgewekt die een klein lampje kan laten ontsteken.

Met een beetje creativiteit kun je alledaagse mechanische energie, zoals een handslinger of een fietspedaal, benutten om nuttige elektriciteit op te wekken.