Λίγα χρόνια μετά τις παρατηρήσεις του Hans Christian Oersted το 1820, ο οποίος απέδειξε ότι ένας αγωγός αποκτά μαγνητικές ιδιότητες, όταν ρέει μέσα του ρεύμα, οι Michael Faraday και Joseph Henry, ανεξάρτητα ο ένας από τον άλλο, απέδειξαν ότι συμβαίνει και το αντίστροφο, δηλαδή ότι ένας μαγνήτης που περιστρέφεται μέσα σε ένα πηνίο προκαλεί τη ροή ηλεκτρικού ρεύματος. Στην ανακάλυψη αυτή στηρίζεται η λειτουργία των γεννητριών, των συσκευών στις οποίες η περιστροφή ενός μαγνήτη τοποθετημένου μέσα σε ένα πηνίο προκαλεί τη ροή ηλεκτρικού ρεύματος.
Οι γεννήτριες είναι συσκευές που μετατρέπουν την κινητική ενέργεια σε ηλεκτρική δημιουργώντας ηλεκτρικό ρεύμα. Η λειτουργία της στηρίζεται στην περιστροφή ενός μόνιμου μαγνήτη, που βρίσκεται μέσα στο πηνίο της γεννήτριας.
Το ηλεκτρικό ρεύμα προκαλεί μαγνητικά αποτελέσματα αλλά και το αντίστροφο. Η κίνηση ενός μαγνήτη με συγκεκριμένο τρόπο προκαλεί τη ροή του ηλεκτρικού ρεύματος, την κίνηση δηλαδή των ελεύθερων ηλεκτρονίων. Μπορούμε δηλαδή να «πάμε» από τον ηλεκτρισμό στο μαγνητισμό αλλά και αντίστροφα, από το μαγνητισμό στον ηλεκτρισμό. Ο ηλεκτρισμός και ο μαγνητισμός, λοιπόν, είναι φαινόμενα που έχουν στενή σχέση μεταξύ τους και δεν μπορούν να μελετηθούν ανεξάρτητα. Γι’ αυτό ονομάζουμε τα φαινόμενα αυτά ηλεκτρομαγνητικά.
Michael Faraday: με το μαγνήτη στο τσεπάκι…
Ο Michael Faraday αφιέρωσε ολόκληρη τη ζωή του στην προσπάθεια να αποδείξει ότι τα ηλεκτρικά και τα μαγνητικά φαινόμενα συνδέονται στενά μεταξύ τους. Ο Faraday γεννήθηκε το 1791 στην Αγγλία. Από το 1820 ήταν ήδη γνωστό ότι το ηλεκτρικό ρεύμα προκαλεί την κίνηση των μαγνητών. Ο Faraday οδηγήθηκε στη σκέψη ότι είναι πιθανό να συμβαίνει και το αντίστροφο, η κίνηση δηλαδή μαγνητών με τον κατάλληλο τρόπο να προκαλεί ηλεκτρικό ρεύμα. Λέγεται ότι για πολλά χρόνια ο Faraday συνήθιζε να έχει συνεχώς στην τσέπη του γιλέκου του ένα μικρό μαγνήτη και ένα πηνίο, για να του υπενθυμίζουν διαρκώς ότι δεν είχε κατορθώσει να ανακαλύψει ακόμα τον τρόπο με τον οποίο οι κινήσεις των μαγνητών μπορούν να προκαλέσουν την εμφάνιση ηλεκτρικού ρεύματος. Πίστευε όμως βαθιά σε αυτήν την ιδέα και με τον καιρό οδηγήθηκε τελικά στην επιβεβαίωση της τρομερά σημαντικής αυτής σκέψης του. Την επίδειξη της ορθότητας της σκέψης του έκανε με ένα πείραμα τον Αύγουστο του 1831.
Παρουσίαση μαθήματος
Γεννήτριες
Οι γεννήτριες είναι οι συσκευές με τις οποίες προκαλούμε τη ροή του ηλεκτρικού ρεύματος, οι συσκευές που μετατρέπουν ενέργεια διαφόρων μορφών σε ηλεκτρική. Η περιστροφή του μαγνήτη που βρίσκεται μέσα στο πηνίο της γεννήτριας μπορεί να γίνεται με πολλούς διαφορετικούς τρόπους.
Η πιο απλή αλλά και συνηθισμένη γεννήτρια που χρησιμοποιούμε καθημερινά είναι το δυναμό που προσαρμόζεται στη ρόδα ενός ποδηλάτου. Εδώ η περιστροφή του μαγνήτη γίνεται από τη ρόδα που θέτουμε σε κίνηση, καθώς κάνουμε πεντάλ.
Όταν η ρόδα του ποδηλάτου γυρίζει, γυρίζει και ο μόνιμος μαγνήτης που βρίσκεται μέσα στο πηνίο, το κύκλωμα διαρρέεται από ρεύμα και το λαμπάκι του ποδηλάτου ανάβει. Όσο πιο γρήγορα περιστρέφεται η ρόδα τόσο πιο έντονα φωτοβολεί το λαμπάκι. Όταν σταματήσει η ρόδα να γυρίζει, το λαμπάκι σβήνει. Έχουμε μετατροπή της κινητικής ενέργειας σε ηλεκτρική ενέργεια.
Εφαρμογές της ηλεκτρογεννήτριας
Οι περισσότερες γεννήτριες γενικής χρήσης είναι βενζινοκίνητες ή πετρελαιοκίνητες. Τις γεννήτριες αυτές χρησιμοποιούμε σε περιοχές που δεν καλύπτονται από το δίκτυο της ΔΕΗ, όπως για παράδειγμα για την ηλεκτροδότηση μιας καντίνας σε μια απομακρυσμένη παραλία.
Η περιστροφή του μαγνήτη στις ανεμογεννήτριες γίνεται χάρη στην ενέργεια του ανέμου.
Η περιστροφή του μαγνήτη στις τεράστιες γεννήτριες στα εργοστάσια της ΔΕΗ γίνεται με δύο διαφορετικούς τρόπους. Στα θερμοηλεκτρικά εργοστάσια η περιστροφή γίνεται από μεγάλους κινητήρες που λειτουργούν με πετρέλαιο ή λιγνίτη,
ενώ στα υδροηλεκτρικά χάρη στο νερό που πέφτει ορμητικά σε υδροστρόβιλους.
Αν θέλετε μπορείτε να δείτε την εκπαιδευτική επίσκεψη που πραγματοποιήσαμε στο πρώτο Υδροηλεκτρικό Εργοστάσιο της Ελλάδας που βρίσκεται στον Γλαύκο, στην πόλη της Πάτρας.
