ژنراتور ساده الکتریکی
یک ژنراتور ساده الکتریکی چگونه کار می کند ؟ برق چگونه تولید می شود ؟ ما در این مقاله آموزشی شما را با ژنراتور ساده الکتریکی آشنا خواهیم کرد.
در تصویر بالا یک ژنراتور ساده الکتریکی را مشاهده می کنید.
اجزای تشکیل دهنده هر ماده
هر اتم از سه ذره تشکیل شده است .
پروتون، نوترون و الکترون.
پروتون و نوترون در مرکز یا هسته اتم قرار گرفته اند و الکترون در مدارهایی دور هسته گردش می کند.
پروتونش دارای بار الکتریکی مثبت و بسیار کوچک و حدود یک سوم قطر الکترون است.
نوترون از لحاظ الکتریکی خنثی است.
نوتورن اگر تجزیه شود یک پروتون و یک الکترون بدست می آید.
الکترون در مدارهایی دور هسته گردش می کنند.
لایه خارجی یکی اتم را لایه والانس و الکترون های ان لایه را الکترون های والانس می گوییم.
لایه آخر چون از هسته دورتر است وابستگی کمتری به هسته دارد.
انرژی کمتری برای آزاد کردن آن نسبت به الکترون های نزدیکتر به هسته لازم دارد.
اگر به یک الکترون انرژی کافی داده شود می تواند از مدار خود خارج شده و به مدار بعدی (بالاتر) برود.
پس اگر به الکترون والانس انرژی کافی داده شود از مدار خود خارج شده و چون مدار بالاتری وجود ندارد ، از اتم جدا شده و به صورت الکترون آزاد در می آید.
در اثر آزاد شدن الکترون ها از اتم هایشان الکتریسیته بوجود می آید.
در شیمی می خوانیم که لایه اخر هر اتمی حداکثر ۸ الکترون می تواند داشته باشد. حال اگر به یک اتم انرژی داده شود.
انرزی داده شده بین تعداد الکترون های لایه آخر تقسیم می شود.
یعنی هر چه تعداد الکترون ها ی این لایه بیشتر باشد هر الکترون سهم کمتری از انرژی دریافت می کند.
انواع مواد از نظر هدایت الکتریکی – ژنراتور ساده الکتریکی
هادی :
هرچه لایه والانس یک اتم الکترون کمتری داشته باشد این الکترون ها راحتتر می توانند از اتم خود جدا شوند.
به ماده ای که الکترون هایش به راحتی می توانند آزاد شوند ، رسانا گوییم.
اتم های رسانای خوب فقط ۱ یا ۲ الکترون در لایه آخر دارند.
اتم های مس ، نقره و طلا همگی در لایه اخر یک الکترون دارند ،چرا نقره هادی بهتری است؟
جواب:
به این علت که نقره به ازاء مقدار مشخصی از ماده ، نسبت به فلزات دیگر تعداد بیشتری اتم دارد در نتیجه تعداد بیشتری الکترون دارد.
عایق :
موادی که آزاد کردن الکترون لایه آخر آن بسیار مشکل است.
عایق ها معمولا در لایه آخر دارای ۸ یا ۴ الکترون و بیشتر هستند.
اگر به عایق انرژی بدهیم انرژی بین الکترون های لایه آخر تقسیم شده و چون تعدادشان زیاد است
هر الکترون انرژی کمتری دریافت کرده و نمی تواند به راحتی آزاد شود.
نیمه هادی ( نیمه رسانا) :
لایه آخر رسانا ها کمتر از ۴ الکترون و عایق ها بیشتر از ۸ الکترون دارند.
اتم هایی که در لایه آخر ۴ الکترون دارند نیمه هادی گویند. مانند سیلیکون و ژرمانیم
اغلب الکترون های والانس به طور مداوم ولی بدون ترتیب مدارهایشان را عوض می کنند و سرگردانند.
یعنی هیچ یک از الکترون های والانس مختص یک اتم نیستند
بلکه اتم های یک جسم الکترون والانسشان را به اشتراک می گذارند و به به یکدیگر متصل می شوند.
این اتصال و پیوند پیوند فلزی نام دارد و الکترون های سرگردان الکترون آزاد نامیده می شود.
هر اتم همیشه الکترونی دارد که در حال جابجا شدن است ولی هیچ بار الکتریکی حاصل نمی شود.
زیرا الکترون جابجا می شود و کم یا زیاد نمی شود. رسانا ها مقدار زیادی الکترون آزاد دارند.
برای اینکه جریان الکتریکی تولید شود باید بیشتر الکترون های آزاد در یک سیم در یک مسیر و جهت حرکتت کنند.
هنگامی که تعداد زیادی الکترون آزاد در یک سیم در یک جهت حرکت کنند می گوییم جریان از سیم عبور می کند.
آهنربا – ژنراتور ساده الکتریکی
ماده ای که آهن را جذب می کند اهنربا نامیده می شود.
آهنربا به شکل های مختلفی مانند میله ای، تخت و .. یافت می شوند.
آهنرباها به هر شکلی که باشند دو ناحیه دارند که خاصیت آهنربایی در آن بیشتر است.
این نواحی را قطب های آهنربا می نامیم. هر آهنربا دو قطب مغناطیسی N و S دارد.
آزمایش ۱ :
در دست خود یک آهنربا را نگه دارید و آن را به فلز اهنی نزدیک کنید می بینید که نیرویی نامرئی می خواهد آنها را به هم نزدیک کند. این نیروی میدان مغناطیسی است.
خاصیت مغناطیسی باعث می شود که اجسام آهنی مجاور آهنربا در جهت خاصی قرار بگیرند.
هنگامی که یک عقربه مغناطیسی را نزدیک آهنربا قرار دهیم هقربه می چرخد و در جهت معینی می ایستد.
اگر جهت اهنربا را عوض کنیم جهت عقربه نیز عوض می شود.
میدان مغناطیسی آهنربا را می توان توسط خط هایی نمایش داد. جهت خط های میدان از قطب N به قطب S اهنرباست.
هر چه قدر میدان مغناطیسی قویتر باشد خط های میدان مغناطیسی فشرده تر هستند.
آزمایش ۲ :
یک اهنربا را زیر یک برگه کاغذ قرار می دهیم و سپس براده اهن را به کمک نمک پاش به صورت یکنواخت روی کاغذ می پاشیم و به آرامی به کاغذ ضربه می زنیم.
مشاهده می کنیم که براده ها در خطوط مشخصی در اطراف آهنربا قرار می گیرند. این خطوط همان خط های میدان مغناطیسی هستند.
پدیده الکترو مغناطیسی ( الکتریسیته حاصل از مغناطیس ) – ژنراتور ساده الکتریکی
ازمایش ۳ : اگر یک کلاف سیم یا پیچه داشته باشیم و دو سر آنرا به یک جریان سنج وصل کنیم
آهنربایی را به سیم پیچ نزدیک یا از آن دور کنیم
با دور و نزدیک کردن اهنربا، آمپر سنج عدد هایی را نمایش می دهد.
با دور و نزدیک کردن اهنربا شار مغناطیسی اطراف سیم پیچ تغییر کرده و جریان الکتریکی در آن بوجود می آید.
اگر یک کلاف سیمی با مساحت A در میدان مغناطیسی به بزرگی B قرار گیرد و زاویه کلاف با میدان مشخص باشد.
حال اگر یکی از این عوامل تغییر کند باعث القاء جریان الکتریکی در کلاف می شود.
برای اینکه تاثیر عوامل بالا را اندازه گرفته و آنرا بشناسیم واحدی به نام شار مغناطیسی را تعریف می کنیم که در برگیرنده سه عامل بالا(مساحت، میدان و زاویه) است.
تغییر شار باعث القاء جریان می شود.
ساختمان یک ژنراتو ساده الکتریکی متناوب سینوسی (AC) – ژنراتور ساده الکتریکی
یک ژنراتور ساده الکتریکی شکیل شده از یک حلقه سیم که دو سر آن توسط جاروبک هایی به جریان سنج وصل شده.
خود این حلقه در معرض میدان مغناطیسی بین قطب N و S یک آهنربا در حال چرخش ( حرکت دورانی) است.
ژنراتور ساده الکتریکیحال چگونگی تولید برق AC
حلقه در حال چرخش است یک قسمت از حلقه مثلا قسمت قرمز رنگ را در نظر میگیریم.
A : جهت حرکت سیم ( حلقه) موازی میدان مغناطیسی است.
در این لحظه از طرف میدان نیرویی بر الکترون های سیم وارد نمی شود و جریان تولیدی صفر خواهد بود.
با ادامه چرخش و افزایش زاویه سیم و میدان جریان تولیدی رفته رفته افزایش یافته تا به نقطه B می رسیم.
با چرخش حلقه به وضعیت B می رسیم در این لحظه سیم عمود بر میدان است و بیشترین نیرو بر الکترون های آن وارد می شود.
جریان تولیدی به حداکثر مقدار خود می رسد.
از نقطه B به بعد زاویه سیم و میدان دوباره کاهش یافته تا به نقطه C میرسیم.
C: سیم و میدان موازی در نتیجه جریان صفر
از C به بعد تولید جریان در حلقه در جهت عکس یا منفی است
( منفی به معنی کمتر از صفر نیست بلکه جریان القایی در جهت عکس اولیه است)
D: مانند B ولی در جهت عکس
A: یک دور کامل و برگشت به نقطه شروع
فرکانس برق ایران ۵۰HZ است یعنی در هر ثانیه ژنراتور ۵۰ دور کامل می چرخد.
یک نمونه ژنراتو ساده الکتریکی که در منزل می توان ساخت.
می توان به جای سیم پیچ و آهنربای شکل بالا از یک موتور اسباب بازی برقی (شکل زیر) استفاده کرد و آنرا بوسیله تسمه به گرداننده وصل و برق تولید نمود.
