هل يمكنك عمل مولد كهربائي بوضع مغناطيس دائم
يمكن توفير المجال المغناطيسي للمولد في بعض التطبيقات باستخدام المغناطيس الدائم، حيث يمكن أن يتكون الهيكل الدوار من حلقة من الحديد المغناطيسي مع مغناطيس مثبت فوق سطحه .
يمكن استخدام مادة مغناطيسية مثل النيوديميوم والبورون والحديد أو السماريوم والكوبالت لتوفير كثافة تدفق مغناطيسي في فجوة الهواء ، وتكون مشابهة لتلك التي تنتجها لفات المجال ، وذلك باستخدام عمق مغناطيسي نصف قطري يقل عن 10 ملليمترات .
يمكن استخدام مواد مغناطيسية أخرى مثل الفريت، ولكن يترتب عليها انخفاض كبير في كثافة تدفق فجوة الهواء وزيادة في أبعاد المولد .
مولدات المغناطيس الدائم تعد بسيطة بحيث لا تحتاج إلى أي نظام لتوفير تيار المجال. إنها موثوقة للغاية، وعلى الرغم من ذلك، فهي لا تحتوي على أي وسيلة للتحكم في جهد الخرج. مثال على ذلك استخدامها مع توربينات الرياح حيث يتم توفير خرج المولد للجهد المتغير والتردد من خلال محول تردد إلكتروني. [2]
كيف يمكن توليد كهرباء باستخدام المغناطيس
اكتشف الفيزيائي مايكل فاراداي في عام 1831 أن تتدفق الإلكترونيات داخل الأسلاك عند تحريك مغناطيس داخل ملف من الأسلاك، ويعرف هذا الحركة باسم التيار الكهربائي. ويُعد المولد أي آلة تقوم بتحويل الطاقة إلى تيار كهربائي .
يعمل توليد التيار الكهربائي عن طريق الحركة داخل مجال مغناطيسي، سواء كانت مصدر الطاقة من الفحم أو الطاقة المائية أو طاقة الرياح .
نلاحظ أن المغناطيس يعمل بطريقة محددة في جميع الأحوال، فعلى سبيل المثال، يتم استخدام المغناطيس الصغير المستطيل في المنازل والمكاتب لتثبيت الأشياء على الثلاجات، حيث يتم استخدام نوع معين من المغناطيس على شكل أسطوانة ويعرف باسم المغناطيس الكهربائي .
تتكون سلسلة الملفات المعزولة من الأسلاك الموصلة، مثل الأسلاك النحاسية، التي يتم لفها حول عمود مركزي. وتشبه كل ملف من تلك الملفات العديدة الحلقة التي تحيط بالعمود، والتي تكون موجهة بزاوية قائمة على محور العمود .
تشبه علاقة الأسلاك بالمحور الذي يحملها علاقة الإطارات به، إذ عندما يدور العمود المتصل بالأسلاك، يتم توليد تيار كهربائي، حيث أن المغناطيس الكهربائي الأسطواني خارج الأسلاك لا يدور معها، مما يؤدي إلى إنشاء حركة نسبية بين المجال المغناطيسي والشحنات الكهربائية داخل السلك الموصل .
إذا تحرك مصدر مجال مغناطيسي بالقرب من سلك أو أسلاك ثابتة، فإن نفس الشيء سيحدث، حيث لا يهم أيهما يتحرك المغناطيس أو السلك أو كليهما، طالما أن هناك حركة نسبية مستمرة بينهما .
ما هو المولد الكهربائي
يعد المولد كيانًا يمتلك القدرة على إنتاج الطاقة، وعادة ما يتم استخدام الكهرباء لتلبية الاحتياجات البشرية، ونظرًا لعدم إمكانية إنتاج الطاقة من العدم، فإن المولدات يتم تشغيلها بواسطة مصادر خارجية مختلفة .
المولد الفيزيائي الأساسي ينتج طاقة يمكن تحويلها إلى كهرباء قابلة للاستخدام. إذا كنت قد تخيلت التخييم في مقصورة تمتلكها أشخاص مستعدون جيدا، فمن المحتمل أنك تعرف مفهوم مولد الغاز. هناك أنواع مختلفة من المولدات، ولكنها جميعا تعتمد على نفس مبادئ عمل المولد الأساسي
كيف تصنع مولد كهربائي مغناطيسي
تستخدم العديد من محطات توليد الطاقة المغناطيسية المتحركة لتحويل الطاقة الحركية والمغناطيسية إلى تيار كهربائي، حيث تعد المولدات المغناطيسية مشروعًا علميًا رائع، وذلك بسبب الإرشادات البسيطة والفرضية المثيرة للاهتمام .
يمكن لتجميع الطاقة في المجال المغناطيسي وتحرك المغناطيس في ملف من الأسلاك النحاسية أن يتسبب في تحريك الإلكترونات داخل السلك، وهذا يؤدي إلى تدفق التيار الكهربائي. وتختلف هذه التجارب في الصعوبة، حيث يمكن أن تكون بعضها أكثر صعوبة في البناء من غيرها .
يعد صنع مولد مغناطيسي من خلال اهتزاز الطاقة طريقة بسيطة لإثبات قوة المولدات المغناطيسية. ولصنع مولد كهربائي صغير، يمكن اتباع بعض الخطوات، والتي تتضمن ما يلي
- يتم وضع علبة الفيلم على الورق المقوى، ويتم تتبع شكلها بالقلم حول كل دائرة، ثم يتم رسم نصف دائرة تليها للحصول على الشكل المطلوب .
- يجب قطع الأشكال بحيث تكون لديك ورقتان من الورق المقوى التي تناسبان بشكل محكم حول علبة الفيلم، ثم يتم تحريكهما .
- يتم لف الشريط الكهربائي بين قطع الكرتون وحول الحواف الخارجية للعلبة .
- عليك لف سلك المغناطيس حول العلبة بين قطع الكرتون بعدد 2000 لفة، وتأكد من ترك بضع بوصات فارغة على بداية السلك (1000 بوصة) معلقة حتى تتمكن من توصيل الضوء لاحقًا .
- يُثبِّت السلك الملفوف في مكانه بواسطة قطعة صغيرة من الشريط، ويترك قطعة طويلة فضفاضة من السلك على كلا الطرفين .
- استخدم ورق الرمل لكي تقوم بإزالة العازل عن قطع الأسلاك المفكوكة .
- يتم لف طرفي السلك حول القطع الطرفية لمصباح LED ووضع الشريط، لتثبيت المصباح السلكي في الجزء السفلي من العلبة .
لماذا يعتبر التوليد الكهربائي مصدر قلق
تعد استمرارية توليد الكهرباء مصدر قلق مستمر، حيث يمكن للبشر تخزين كميات كبيرة من الوقود الأحفوري مثل الغاز الطبيعي والنفط للاستعمال في حالات الطوارئ، ولكن لا يوجد طريقة فعالة لتخزين كميات كبيرة من الكهرباء. قد يكون لديك نسخة من أفضل محاولة بشرية لتخزين الكهرباء بشكل متاح، وهي البطارية .
رغم أن البطاريات تتطور وتصبح أكثر قوة وأطول عمرًا مع مرور الوقت، إلا أنها لا تزال محدودة في القدرة على تزويد الناتج الهائل من الطاقة اللازمة لتشغيل المدن بأكملها والاقتصادات الحديثة، ولذلك فإنها تعتبر محدودة للغاية في هذا الصدد .
نظرًا لعدم وجود طريقة موثوقة لتخزين الكهرباء في العالم الحديث، يتعين إنتاجها من خلال مصادر متنوعة، مما يدفع الشركات إلى امتلاك مولدات احتياطية في حالة انقطاع التيار الكهربائي في المدينة المحيطة .