Hur fungerar egentligen en generator?
En elektrisk generator är en maskin som omvandlar potentiell energi av olika former till elektrisk energi. Exempel på potentiell energi kan till exempel vara gravitationell potentiell energi i vattenkraftverk eller rörelseenergi som fås från mekaniskt arbete.
I princip all elektrisk energi som används i vårt samhälle idag har framställts genom en elektrisk generator, undantag är solceller och vissa bränsleceller. Men en elektrisk generator behöver inte vara en stor koloss kopplad till exempelvis ett vattenkraftverk, det finns även små generatorer som är rent ändamålsinriktade, som till exempel cykelgeneratorn som med hjälp av hjulets rörelseenergi driver cykellyset.
Elektromagnetisk induktion
Men hur kan då denna potentiella energi omvandlas till elektrisk energi? Svaret är genom elektromagnetisk induktion. Elektromagnetisk induktion handlar om samverkan mellan den elektriska och den magnetiska kraften, vilka är tätt sammankopplade. Kort sagt innebär elektromagnetisk induktion att om ett magnetiskt flöde genom en ledare förändras, så induceras (uppstår) en spänning i ledaren, och därigenom en elektrisk ström. Det är sedan denna ström som är den elektriska energin som genererats av den elektriska generatorn.
Enkelt exempel på elektromagnetisk induktion
Ett väldigt enkelt, men häpnandsväckande, exempel på elektromagnetisk induktion är manuell inducering av spänning i en spole med hjälp av endast en vanlig stavmagnet. Experimentet finns illustrerat i animationen till höger.
Stavmagneten har ett permanent magnetfält som går från nord (N) till syd (S), men styrkan hos magnetfältet varierar beroende på avståndet från magneten. Det är denna varierande magnetfältsstyrka, som skapas när magneten rör sig relativt spolen, som inducerar den spänning som kan ses på voltmetern som är kopplad till spolen.
Storleken på den inducerade spänningen kan beräknas genom Faraday's lag, och riktningen på den inducerade strömmen kan bestämmas genom Len'z lag. Det var för övrigt Michael Faraday som var den första att matematiskt beskriva elektromagnetisk induktion, och anses vara den som upptäckte fenomenet.
Om ni är uppmärksamma så ser ni även att spänningen på voltmetern är positiv, respektive negativ, beroende på vilket håll magneten förs. Detta är en konsekvens av i vilken riktning magnetfältet varierar gentemot spolen.
Elektromagnetisk induktion med hjälp av en helt vanlig stavmagnet
Vanligare elektriska generatorer
Den elektriska generatorn i exemplet ovan fungerar bra som ett sätt att rent praktiskt visa hur elektromagnetisk induktion fungerar, men vanligtvis är det inte på det sättet som elektrisk energi alstras. De elektriska generatorer som vanligtvis förekommer i vårt samhälle har ett fast magnetfält som inte rör sig, i det magnetfältet har man sedan monterat en ledare på en del som kan roteras. När ledaren sedan roteras i det fasta magnetfältet induceras en ström i ledaren, vartefter elektrisk energi utvinns direkt.
Andra typer av generatorer
Men det finns även andra typer av konstruktioner som kan användas för att utvinna elektrisk energi genom en generator med hjälp av elektromagnetisk induktion. Exempelvis uppstår det då en ström förs genom en elektrisk ledare ett magnetfält runt ledaren, om man då låter denna ström variera med tiden (ex. växelström), kan detta magnetfält i sin tur inducera en ström i en annan närliggande ledare. Eller varför inte som i bilden här bredvid till höger? Dock kan det ju bli lite jobbigt i längden för den stackars mannen..
Simpel generator
Skrivet av Stefan Johansson
Kommentarer