Dönen mıknatıs

Yakıtı ne olursa olsun, neredeyse her büyük enerji santrali zincirinin sonunda aynı işi yapar: bir jeneratörü döndürür. Kömür, gaz veya nükleer santralde buhar bir türbini döndürür. Hidroelektrik santralinde düşen su bir türbini döndürür. Rüzgâr, bir rüzgâr türbinindeki rotoru döndürür. Jeneratör bu dönme hareketini elektrik akımına dönüştürür.

Adadaki en büyük istisna güneş panelidir. Güneş paneli, dönen hiçbir şey olmadan, doğrudan ışıktan elektrik üretir. Dünya 3'te bunun nasıl olduğunu açıklıyoruz.

İlke elektromanyetik indüksiyondur; bunu Michael Faraday 1831'de keşfetti. Bir tel halkasından geçen manyetik akı değiştiğinde halkada bir EMK (bir gerilim) oluşur. Faraday yasası:

ε = −N × dΦ / dt

Burada N, telin sarım sayısıdır; dΦ/dt ise akının ne kadar hızlı değiştiğini gösterir. Eksi işareti, indüklenen akımın değişime karşı koyduğunu söyler (Lenz yasası). Bu yüzden makineyi döndürmek ağır gelir: Enerji, döndürme işini yapan her neyse ondan gelir. Field Lab'in Induction dünyasında akı konusunu daha ayrıntılı öğrenebilir, Motors & generators dünyasında ise bir jeneratörü parçalarına ayırabilirsin.

Bir bobinin yakınında mıknatıs döndür. Mıknatıs döndükçe bobinden geçen akı artar, azalır, yön değiştirir ve yeniden artar. EMF de onu düzgün bir dalga, yani sinüs dalgası olarak takip eder; bu, alternatif akımdır (AC).

N sarımlı ve A alanına sahip bir bobin, düzgün bir B alanında ω açısal süratiyle dönüyorsa tepe EMF değeri ε_peak = N × B × A × ω olur. Örnek (varsayımsal bir bobin): N = 100 sarım, B = 0,5 T, A = 0,01 m² ve saniyede 50 devir; bu durumda ω = 2π × 50 ≈ 314 rad/s.

ε_peak = 100 × 0,5 × 0,01 × 314 ≈ 157 V. Evlerde kullanılan olağan değer RMS değeridir; bu, √2'ye bölünmüş tepe değeridir: yaklaşık 111 V. Daha hızlı döndürür, sarım sayısını artırır veya daha güçlü bir mıknatıs kullanırsan gerilim yükselir.

Neden 50 veya 60 Hz? Çıkışın frekansı dönme süratine ve manyetik kutupların sayısına bağlıdır:

f = p × n / 60

Burada f hertz cinsindendir, n dakikadaki devir sayısıdır (rpm) ve p kutup çifti sayısıdır (2 kutuplu bir makinede p = 1, 4 kutuplu bir makinede p = 2).

• 2 kutuplu 50 Hz (p = 1): n = 50 × 60 / 1 = 3.000 rpm.
• 4 kutuplu 50 Hz (p = 2): n = 50 × 60 / 2 = 1.500 rpm.
• 2 kutuplu 60 Hz: 3.600 rpm. 4 kutuplu: 1.800 rpm.

Dünyanın farklı bölgeleri 50 Hz'yi (Avrupa'nın, Afrika'nın ve Asya'nın çoğu) veya 60 Hz'yi (Kuzey Amerika ve bazı diğer ülkeler) seçti. Bu iki sistem doğrudan birbirine bağlanamaz.