ما الأداة التي تنتج تياراً كهربائياً
الأداة التي تنتج تياراً كهربائياً من خلال دوران ملف فلزي بين قطبي مغناطيس
يتم إنتاج التيار الكهربائي عن طريق المولد الكهربائي الذي يحتوي على ملف فلزي يدور بين القطبين المغناطيسيين، ولا يقوم هذا الجهاز بإنتاج التيار الكهربائي وإنما يقوم بتحويل الطاقة الميكانيكية الناتجة عن دوران الملف بين القطبين المغناطيسيين إلى فرق جهد كهربائي والمعروف بإسم الجهد.
في الوقت الحالي، يتم استخدام المولدات الكهربائية في العديد من التطبيقات المختلفة.
تُمنح المولدات طاقتها الحركية من خلال الوقود (مثل الغاز الطبيعي) أو من خلال تدفق الطاقة الأولية (مثل الطاقة الكهرومائية أو الرياح)، وتعمل بعض المولدات الأكثر استخدامًا بالديزل كوقود لها.
يستعمل المولد الكهربائي في السدود لإنتاج الكهرباء
يتم استخدام المولد الكهربائي في السدود لتوليد الكهرباء، حيث تعتمد عملية توليد الكهرباء في السدود بشكل رئيسي على آلية واحدة وهي استخدام الطاقة الكهرومائية الناتجة عن تدفق الماء بقوة عبر فتحات السد لتوليد طاقة حركية كبيرة تستخدم لتدوير ملف بين أقطاب مغناطيسية وبالتالي توليد الكهرباء.
تعتمد تقنية توليد الطاقة الكهرومائية على استخدام قوة الماء لتدوير مروحة تسمى التوربينات الهيدروليكية، حيث تحول التوربينات الطاقة المائية إلى طاقة حركية، وبعد دوران التوربينات يتم تحويل الطاقة الحركية إلى طاقة كهربائية في مولد كهربائي.
تتمثل النظرية وراء بناء السدود في بناء سد على نهر كبير يتميز بانخفاض كبير في الارتفاع، ويخزن السد كميات كبيرة من المياه خلفه في الخزان، ويوجد مدخل المياه بالقرب من قاع جدار السد، ويتسبب الجاذبية في سقوط المياه من خلال فتحة تنظم تدفق الماء داخل السد.
في نهاية الفتحة، يتم تشغيل دافع توربيني يستخدم حركة الماء ليقوم برفع عمود التوربين إلى المولد الذي يولد الطاقة.
من ثم يتم توصيل خطوط الكهرباء بالمولد الذي ينقل الكهرباء إلى محطة توزيع الكهرباء بعد ذلك .
– يتغير الطلب على الكهرباء بشكل متغير حيث حيث يزداد الطلب خلال فترات معينة من اليوم، مثل الفترات المسائية، وفي فصول السنة الحارة، وتسمى هذه الفترات بفترات الذروة، بينما يقل الطلب في ساعات أخرى.
ونظرًا لعدم إمكانية تخزين الطاقة الكهربائية المتولدة من السدود، يتم إنشاء بحيرات خلف السدود لاستخدامها في ما يسمى بالتخزين بالضخ.
التخزين بالضخ هو طريقة للاحتفاظ بالمياه لاستخدامها عند زيادة الطلب على الطاقة الكهربائية في فترة الذروة عن طريق ضخ المياه التي تتدفق بالفعل من خلال التوربينات لتخزينها في حوض أعلى محطة الطاقة وذلك في الوقت الذي يكون فيه الطلب الطاقة منخفضًا ، كما هو الحال خلال منتصف في الليل.
ثم يتم فتح الأبواب والسماح للماء المخزن بالتدفق مرة أخرى عبر مولدات التوربينات في الأوقات التي يكون فيها الطلب مرتفعا لتشغيل التوربينات بسرعة أكبر أو تشغيل عدد أكبر من التوربينات وتوليد المزيد من الطاقة الكهربائية.
اختراع الدينامو
يعتمد المولد الكهربائي الحديث على مبدأ الحث الكهرومغناطيسي الذي اكتشفه مايكل فاراداي في عامي 1831-1832، حيث اكتشف فاراداي أنه يمكن تحفيز تدفق الشحنات الكهربائية عن طريق تحريك موصل كهربائي، مثل السلك الذي يحتوي على شحنات كهربائية في مجال مغناطيسي.
تؤدي هذه الحركة إلى إنشاء فرق في الجهد بين طرفي السلك أو الموصل الكهربائي، مما يؤدي في النهاية إلى تدفق الشحنات الكهربائية وبالتالي توليد تيار كهربائي.
اكتشف الفيزيائي والكيميائي الدنماركي هانز كريستيان أورستد ظاهرة الكهرومغناطيسية عام 1821، عندما لاحظ وضع سلك كهربائي بالقرب من بوصلة.
وبناء على الأبحاث السابقة، قام مايكل فاراداي ببناء جهازين لإنتاج ما يسمى الدوران الكهرومغناطيسي، وقد شكلت هذه الأجهزة والتجارب أساسا لتطوير التكنولوجيا الكهرومغناطيسية الحديثة.
في أول تجربة هامة لفارادي عام 1821 م، حرك سلك معلق عموديًا في مدار دائري حول مغناطيس.
في عام 1831، اكتشف مايكل فاراداي “الحث الكهرومغناطيسي” باستخدام “حلقة الحث”، وهو أحد أعظم اكتشافاته.
في هذه التجربة، تم توليد الكهرباء في سلك عن طريق التأثير الكهرومغناطيسي للتيار في سلك آخر، وكانت حلقة الحث هي أول محول كهربائي.
والشكل التالي يوضح النموذج الأولي لفارادي.
في نفس العام، اكتشف مايكل فاراداي مبدأ تشغيل المولدات الكهرومغناطيسية، حيث يخلق المغناطيس على شكل حدوة حصان حقلاً مغناطيسيًا عبر القرص المعدني كما هو موضح في الصورة التالية:
عندما يتم تدوير القرص باستخدام المقبض، يتسبب ذلك في توليد تيار كهربائي شعاعي يتدفق من المركز باتجاه الحافة، ويمر التيار من خلال الزنبرك المنزلق ويعود إلى المركز عبر المحور، ويتدفق التيار عبر ملامس الزنبرك المنزلق إلى الدائرة الخارجية.
أحدث اكتشاف فاراداي ثورة كبيرة، حيث يتم إنتاج معظم الطاقة الكهربائية باستخدام هذا المبدأ، بغض النظر عن الوقود المستخدم في توليد الطاقة الحركية.
مكونات المولد الكهربائي
تتكون المولدات الكهربائية الحديثة من عدة أجزاء، هي:
- محرك: يحول المصدر الوقود إلى طاقة قابلة للاستخدام ويسمح للمحرك بالتحرك أو القيام بوظيفته الميكانيكية، وتعتبر المحركات التوربينية في السدود هي أحد الأمثلة على ذلك.
- نظام الوقود: يتم ربط نظام الوقود في المولد الكهربائي بالمحرك، حيث يتم تشغيل المحرك بشكل كامل باستخدام الوقود.
- منظم ضغط كهربي: يضمن هذا الجزء من المولدات الحديثة أن المولد ينتج الكهرباء بجهد ثابت، وبدونه ستكون هناك تقلبات كبيرة في التيار تعتمد على سرعة عمل المحرك.
- نظام التشحيم: بسبب وجود أجزاء متحركة في محركه، يتطلب المولد التزييت من أجل ضمان المتانة وسلاسة العمل لفترة طويلة من الزمن.
- نظام تبريد: يعمل نظام التبريد على منع ارتفاع درجة حرارة المولد بسبب الطاقة الحركية الكبيرة والكهرباء المنتجة، حيث يحتوي المولد على سائل تبريد يقاوم كل الطاقة الحرارية الإضافية التي ينتجها المحرك والمولد.
غالبًا ما تتطلب المولدات الكهربائية الكبيرة أنظمة عادم لجمع الغازات الساخنة التي تنتج عن احتراق الوقود وتوجيهها خارج المولد
الفرق بين الدينامو والمولد الكهربائي
غالبًا ما يشار إلى المولد الكهربائي باسم الدينامو، ولكن اليوم هناك اختلافات بين الدينامو والمولد الكهربائي.
الفرق الرئيسي بين المولد الكهربائي والدينامو هو أن المولد يولد التيار المتردد، بينما يسمى الجهاز الذي يولد التيار المستمر بالدينامو، ويساعد كل منهما في توفير الكهرباء الكافية لجميع الأجهزة الكهربائية المتصلة بهما.
صاغ مايكل فاراداي كلمة “دينامو” في عام 1831 م، واخترع هيبوليت بيكسي من فرنسا أول دينامو في عام 1832.