electricitatea fiind o forma foarte avantajoasa de energie ... · dintre aceste motoare, inventat...

4
Electricitatea fiind o forma foarte avantajoasa de energie, generatoarele ~i motoarele electrice au o utilizare foarte larga -de la motoare pentru burghie ~i pdna la locomotive. O Norii sunt generatori naturali de energie; frecarea dintre nori determina incarcarea lor cu energie. Uneori, aerul nu mai serve~te ca izolator ~i atunci electricitatea se scurge pe pamant. provocand fenomenul pe care il cunoa~tem sub numele de fulger . u: vi O ~ u -' « 0 E 1ectriCitatea exista de la crearea materiei, lntrucat materia esty format~ din atomi, care contin particule lnc~rcate electric, nurnite protoni ~i electroni. Vechii greci ~tiau c~ frecand o bucata de chihlimbar cu o bucata de panz~,aceasta va atrageobiecte u~oare, dar nu aveau o explicatie a acestui fenomen. De fapt, frecareagenereaz~ electricitate. Materialele nelnc~rcate electric au un nurrulr egal deelectroni, 1nc~rcati negativ, ~i de protoni, lnc~rcati pozitiv, care se neutralizeaz~ reciproc. ins~ prin frecarea a dou~ materiale, se produce un transfer de electroni de la unul la altul, dezechilibrand1nc~rcarea lor electric~. Cel care prime~te electroni se 1ncarc~ negativ, iar cel care pierde electroni se 1ncarc~ pozitiv. Obiecte incarcate electric Materialele lnc~rcate electric atrag obiecte u~oare, fenomen observat~i de vechii greci, la frecarea unei buc~ti de chihlimbar cu o panz.I. Termenii actuali de "electron", sau "electricitate" sunt derivati din grecescul "elektron", care 1nseamn~ chihlimbar. Cu toate ca vechii greci f~cusern un mare pas pe drumul unei noi descoperiri, primul motor generator de electricitate a fost inventat abia 1n jurul anului 1600. Germanul Otto von Guericke a construit un motor simplu, care continea un balon cu su1f. Balonul era pus 1n rni~careprin rotirea unui maner; tinand 1n acela~i timp o man~ pe balon, acestase 1nc~rca electric din O Rotorul motorului de tip cu~ca de veveri,a are forma unei cu~ti. Inducerea unui curent in rotor il magnetizeaza. determinandu-1 sa urmeze un camp circular. O La motorul inventat de Wimshurst, placile metalice fixate pe discuri de sticla care se ro- tesc se incarca cu energie prin induc,ie elec- trostatica, provocand aprinderea unei scantei. de electricitate utilizatI in multiple scopuri, ea se uzeaz~ ~i trebuie fie inlocuitI, fie schimbatI. AFJadar, bateria nu este o surs~ portivitI pentru a generacurent electric unei lntregi comunitIti. 17~ , cauza frec~rii. pana in anii 1800 au fost inventate mai multegeneratoare de energie de acesttip. Un alt tip este generatorul care functio- neaz~prin inductie electrostatic~. Acest proces presupune inc~rcareacu energie a unui obiect prin apropierea lui de un alt obiect, inc~rcat energetic. Generatoarele prin inductie au ca principiu de funqionare colectarea sarcinilor induse pentru a genera 0 tensiune inaltl. Unul dintre aceste motoare, inventat in anul1883 de James Wimshurst, este folosit ~i azi in demonstratii de laborator, pentru a genera 0 energie de pan~ la 50.000 de volti, uneori chiar mai mult. Motorul cu megavolti Unul dintre generatoarele prin inductie des folosite este cel inventat in anul 1931 de Van de Graaff. O curea confectionatl dintr-un material izolant transmite energia unei sfere inetalice, care ajungein cele din urm~ la cateva milioane de volti. Generatorul electric de tip Van de Graaff este utilizat pentru a testa materiale izolante care trebuie sa reziste la tensiuni mario De asemenea, acest tip de generator este utilizat in cercetarea nucleara, tensiunea lnalt~ fiind folosit~ pentru accelerarea viteze.iparticulelor de subatomio Cu toate c~ generatoarele prin frecare ~i inductie generea~ 0 tensiune foarte lnaltl, el~ nu pot genera curent continuuo Aceastl nevoie a fost satisf~cutl doar la sfaf-5itul anilor 1790, cand omul de ~tiin~ italian Alessandro Volta a inventat prima baterie, inventie care a condus la utilizarea electricitltii pentru iluminat la sfar~itulsecolului XIX. Chiar dacl bateria este 0 surs~convenabil~

Upload: others

Post on 09-Aug-2020

2 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: Electricitatea fiind o forma foarte avantajoasa de energie ... · dintre aceste motoare, inventat in anul1883 de James Wimshurst, este folosit ~i azi in demonstratii de laborator,

Electricitatea fiind o formafoarte avantajoasa de energie,generatoarele ~i motoareleelectrice au o utilizare foartelarga -de la motoare pentruburghie ~i pdna la locomotive.

O Norii suntgeneratori naturalide energie; frecareadintre noridetermina incarcarea

lor cu energie.Uneori, aerul nu mai

serve~te ca izolator

~i atuncielectricitatea se

scurge pe pamant.

provocandfenomenul pe care il

cunoa~tem subnumele de fulger .

u:viO

~u-'«

0

E 1ectriCitatea exista de la crearea materiei,lntrucat materia esty format~ din atomi,care contin particule lnc~rcate electric,

nurnite protoni ~i electroni. Vechii greci ~tiauc~ frecand o bucata de chihlimbar cu o bucatade panz~, aceasta va atrage obiecte u~oare, darnu aveau o explicatie a acestui fenomen. Defapt, frecarea genereaz~ electricitate.

Materialele nelnc~rcate electric au unnurrulr egal deelectroni, 1nc~rcati negativ, ~i deprotoni, lnc~rcati pozitiv, care se neutralizeaz~reciproc. ins~ prin frecarea a dou~ materiale,se produce un transfer de electroni de la unulla altul, dezechilibrand 1nc~rcarea lor electric~.Cel care prime~te electroni se 1ncarc~ negativ,iar cel care pierde electroni se 1ncarc~ pozitiv.

Obiecte incarcate electricMaterialele lnc~rcate electric atrag obiecteu~oare, fenomen observat ~i de vechii greci, lafrecarea unei buc~ti de chihlimbar cu o panz.I.

Termenii actuali de "electron", sau"electricitate" sunt derivati din grecescul"elektron", care 1nseamn~ chihlimbar. Cu toateca vechii greci f~cusern un mare pas pe drumulunei noi descoperiri, primul motor generatorde electricitate a fost inventat abia 1n jurulanului 1600. Germanul Otto von Guericke aconstruit un motor simplu, care continea unbalon cu su1f. Balonul era pus 1n rni~care prinrotirea unui maner; tinand 1n acela~i timp oman~ pe balon, acesta se 1nc~rca electric din

O Rotorul motorului de tip cu~ca deveveri,a are forma unei cu~ti. Inducerea unuicurent in rotor il magnetizeaza.determinandu-1 sa urmeze un camp circular.

O La motorul inventat de Wimshurst, placilemetalice fixate pe discuri de sticla care se ro-tesc se incarca cu energie prin induc,ie elec-trostatica, provocand aprinderea unei scantei.

de electricitate utilizatI in multiple scopuri, ease uzeaz~ ~i trebuie fie inlocuitI, fie schimbatI.AFJadar, bateria nu este o surs~ portivitI pentrua genera curent electric unei lntregi comunitIti.

17~ ,

cauza frec~rii. pana in anii 1800 au fostinventate mai multegeneratoare de energie deacest tip.

Un alt tip este generatorul care functio-neaz~ prin inductie electrostatic~. Acest procespresupune inc~rcarea cu energie a unui obiectprin apropierea lui de un alt obiect, inc~rcatenergetic. Generatoarele prin inductie au caprincipiu de funqionare colectarea sarcinilorinduse pentru a genera 0 tensiune inaltl. Unuldintre aceste motoare, inventat in anul1883 deJames Wimshurst, este folosit ~i azi indemonstratii de laborator, pentru a genera 0energie de pan~ la 50.000 de volti, uneori chiarmai mult.

Motorul cu megavoltiUnul dintre generatoarele prin inductie desfolosite este cel inventat in anul 1931 de Vande Graaff. O curea confectionatl dintr-unmaterial izolant transmite energia unei sfereinetalice, care ajunge in cele din urm~ la catevamilioane de volti. Generatorul electric de tipVan de Graaff este utilizat pentru a testamateriale izolante care trebuie sa reziste latensiuni mario De asemenea, acest tip degenerator este utilizat in cercetarea nucleara,tensiunea lnalt~ fiind folosit~ pentruaccelerarea viteze.i particulelor de subatomio

Cu toate c~ generatoarele prin frecare ~iinductie generea~ 0 tensiune foarte lnaltl, el~nu pot genera curent continuuo Aceastl nevoiea fost satisf~cutl doar la sfaf-5itul anilor 1790,cand omul de ~tiin~ italian Alessandro Volta ainventat prima baterie, inventie care a condusla utilizarea electricitltii pentru iluminat lasfar~itul secolului XIX.

Chiar dacl bateria este 0 surs~ convenabil~

Page 2: Electricitatea fiind o forma foarte avantajoasa de energie ... · dintre aceste motoare, inventat in anul1883 de James Wimshurst, este folosit ~i azi in demonstratii de laborator,

00 Motorul cu curent continuu (stanga)intoarce fluxul curentului din rotor pentrua-1 pastra in mi~care circulara. Motorul

sincron (sus) produce un camp magneticcircular care antreneaza dupa el ~irotorul.

electromagnetismul -magnetismul produs deelectricitate. in anul 1821, omul de ~tiint:lfrancez Andre Ampere a demonstrat un efectasem;lnator -un fir conduc;ltor de curentelectric aflat in apropierea unui magnetputemic se mi~c;l sub influenta acestuia.Acesta este principiul care st;l la bazafunction;lrii unui motor electric -folosireaelectricit;ltii pentru a genera mi~care.

Demonstratia lui Ampere era foarteinteresant;l, lns;l nu-~i g;lsea nici o aplicatie.Doar c;l flfUl se mi~ca putin la pomireacurentului electric. in acela~i an, omul de~tiint:l englez Michael Faraday a construit unmotor care utiliza electricitatea pentru a genera

Experientele de la inceputul secolului al XJX-lea au dus la dezvo.1tarea generatoarelormodeme.

A Oersted ~i AmpereIn anul 1819, profesorul danez Hans Oersteda descoperit faptul ca un fIr conductor decurent electric poate influenta acul uneibusole. Oersted a descoperit astfel

O Motorul liniar este ca un motor cuinduc1ie cu statorul sau despicat ~i intins. fnloc sa faca rotorul o rota1ie, o placa metalica.sus1inuta deasupra campului magnetic, semi~ca inainte in linie.

MOTOR LlNIAR

Campul electric de intensitate maxima care inconjoara motorul atrage rotorul

mi~care continu;l. El a suspendat un fir, cucapatul de jos ajungand intr-un recipient cumercur, 19 mijlocul caruia a plasat ~i un magnetIn fonI1:l de bar;l. Conectand cap;ltul de sus alfirului ~i mercurul la a baterie, el a f;lcut firulsa se roteasc;lin jurul magnetului.

Rota1ii electrice"Rotatiile electrice" ale lui Faraday, cum au fastnumite, demonstreaza principiul de baza caresta la baza functionarii motoarelor electrice dinzilele noastre. Primul motor electric care a datrezultate practice este cel inventat de inginerulamerican Thomas Davenport, in 1837, care l-afolost pentru a pune In mi~care un burghiu ~iun strung electric.

Dup;l ce a reu~it s;l foloseasc;l electricitateapentru a produce mi-5care, Faraday a c;lutatapoi c;li de a folosi mi$carea pentru a produceelectricitate. in 1831, el a demonstrat c;l dac;lapropie un magnet in fonI1:l de barn de abobina, printr-un aparat conectat la bobin;ltrece curent electric. De asemenea, a bobin;lgenereaz;l mai mult curent decat un singur firconductor.

Curent electric pentru

popula1ieFaraday a fast primul care a folosit un efectelectromagnetic pentru a genera electricitate,demonstratie care a stat mai apoi la bazainventiei unor ma~ini cu utilizare practic;l. Lasfar~itul anilor 1870 au fast construitegeneratoare puternice, iar In 1881 a fast pus;lIn functiune prima central;l- electric;l laGoldaming, In Anglia. Aceasta a fast, deasemenea, ~i prima central;l hidro-electric;l,generatorul fiind pus In functiune de ap;l.Lampele de ulei din casele oamenilor au fastlnIocuite de instalatii electrice, iar prim;lrialocal;l a pl;ltit in jur de 200 de lire pe an pentrua ilumina str:Izile ora~ului.

ins;l in comparatie cu iluminatul cu petrol,noul sistem era mult mai scump, motiv pentrucare nu a atras prea multi clienti. Drept urmare,hidrocentrala a fost inchis;lla numai doi ani ~ijum;ltate de la construire. Prima central;lelectrica construita la Londra a avut Ins;l partede a reactie mult mai bun;l. Viteza treceriimagazinelor, a birourilor, a fabricilor, ahotelurilor, la noul sistem de iluminatdemonstra acum lurnii intregi ca generareacurentului electric avea sa devin;l a industriede baz:l.

Unele ma~ini pot fi folosite fie ca motoare,fie ca generatoare electrice, acestea avandmulte elemente comune. Un motor electricsimplu este construit dintr-o bobin;l plasat;l peun ax In a~a fellncit s;l se poat;l roti Intre polii

campul electric de intensitate maxima care cicula de-a lungul motorului atrage placaMotor liniar

174

Page 3: Electricitatea fiind o forma foarte avantajoasa de energie ... · dintre aceste motoare, inventat in anul1883 de James Wimshurst, este folosit ~i azi in demonstratii de laborator,

O Alternatorii, saugeneratoarele decurent alectricalternativ ai uneihidrocentrale suntpu~i in mi~care deturbine, ac,ionate larandul lor de fluxulde apa. Turbineledin imaginealimenteaza ohidrocentrala din

Sco,ia.

rotatie. Capetele bobinei sunt conectate la celedou~ capete ale inelului. Curentul electriccircul~ prin intermediul unei perechi dec~rbuni, numiti perii, conectati la p~rtile opuseale comutatorului. Rotatia axului face ca fiecaredin perii sa fie conectat;1 pe rand la poliibobinei.

insa, pentru o mai mare eficienta ~i pentrugenerarea unei jol1e de rotatie mai stabile,majoritatea motoarelor cu curent direct suntconstruite din mai multe bobine.

Partea componenta a unui motor electriccare se rote~te se nurne~te rotor, iar partea flXastator. In cazul unui motor simplu cu curentcontinuu, bobina constituie partea mobila -rotorul, iar magnetul permanent reprezintastatorul.

Deoarece magnetul permanent produce uncamp magnetic in care se rni~ca rotorul, se mainurne~te ~i magnet de camp. Unele motoareau, pentru generarea campului magnetic, In.!ocul unui magnet permanent, unelectromagnet. Firele unui electromagnet senumesc spire.

Motoare cu curent alternativCurentul altemativ l~i schimba de reguladirectia de 50 sau 60 de ori pe secunda. Unelemotoare care functioneaza cu curent alternativau un rotor alimentat cu curent prinintermediul unui commutator, la fel ca ~i In cazulmotoafelor cu curent continuu. Insa lamajoritatea motoarelor cu curent alternativ,rotorul nu este conectat, motorul functionandin acest caz pe baza unui principiu nurnitinduqie. Curentul altemativ care circula prinfluxurile statorului produc un camp magnetic,ca ~i cel produs de rotirea unui magnetpermanent. Acest camp mobil produce uncamp In fluxurile rotorului, magnetizandu-l.Astfel, el se rote~te, din cauza respingeriipolilor sai de catre campul magnetic care 11Inconjoara.

Rotorul poate fi prelucrat din bare de cuprusau de alurniniu, conectate la capete la douainele metalice. Ansamblul rotorului seamanacu o cu~ca, motiv pentru care acestui tip demotor i se mai spune ~i motor -cu~ca deveverita.

Motoare sincroneLa motoarele prin inductie, rotorul se mi~c~mai Incet decat campul magnetic care IIInconjoara. La motoarele sincrone, rotorul semi~c~ In acela~i timp cu campul magnetic careII Inconjoara. Un motor sincron simplu esteconstituit dintr-unul sau mai multi magnetipermanenti, p~lii acestora fjjnd a~i de poliiopu~i ai campului magnetic 1nconjurator, astfel1ncat se rotesc cu aceea~i vitez~. La unelemotoare, rotorul nu este un magnet

unui magnet in forma de potcoava. Bobina secomporta ca un electromagnet, fiindmagnetizata de trecerea curentului electric prinea. Un miez de fier plasat in interiorul bobineiaroplifica efectul magnetic produs.

Motoare cu curelit continuuCurentul continuu este un curent electric carecircula intotdeauna in aceea~i directie dinspreo baterie sau orice alta sursa. Daca seconecteaza o baterie la bobina unui motorelectric simplu, aceasta se comporta ca unmagnet, avand la un capat polul nord ~i lacelalalt polul sud. jnrucat polii opu~i se atrag,polul nord al bobinei este atras de polul sud almagnetului permanent, iar pblul sud al bobineieste atras de polul nord al magnetuluipermanent. Aceste forte de atractie producrotirea bobinei.

Totu~i, un schirobator automat numitcommutator schiroba directia de circulatie acurentului electric prin bobina. Comutatorurunui motor de curent continuu simplu estealcatuit dintr-un inel de cupru taiat in doua ~iinstalat pe un material izolator, pe axa de

Schimbul automatAcest schimb automat determina trnnsformareapolilor magnetici ai bobinei In momentul Incare ating polii magnetului permanent,devenind poli de acela~i sens cu polulmagnetului permanent apropiat. Fiind deacela~i sens, polii se resping, tinand bobina Inmi~care, fiecare dintre poli fiind atras de polulde la celalalt capat al magnetului permanent.Acest proces este continuu, directia curentuluifiind schimbata de fiecare data cand poliibobinei sunt opu~i celor magnetuluipermanent. jn consecinta, bobina se rote~teatata vreme cat este conectata la sursa deelectricitate.

Acest tip de motor simplu este folositpentru punerea In functiune a unor jucarii,

O Faraday a utilizat unechipament de tipulcelui din imaginea ala-q turata pentru a demon-stra faptul ca prinapropierea unui magnetde o bobina segenereaza electricitate.

O Unele centrale elec-trice utilizeaza turbinepe baza de abur pentrua pune In func~iune al-ternatori uria~i. Sursacaldurii necesare pentrutransformarea apei Inaburi poate fi un reactornuclear sau diver~i com-

bustibili. precum petro- [3lul. gazul sau carbunele. tj

17"

Page 4: Electricitatea fiind o forma foarte avantajoasa de energie ... · dintre aceste motoare, inventat in anul1883 de James Wimshurst, este folosit ~i azi in demonstratii de laborator,

MOTOARE ELECTRICE

Alternatorul unei cen-trale electrice (vexi fi-gura aliJturatiJ) are instructura sa trei sta-tori separati unde segenereaxiJ electricita-te. Curentul alternativdin cei trei statori nuatinge un nivel maximin acela~i timp. Dia~grama aliJturatiJ aratiJfelul in care tensiuneaintr-o bobiniJ variaxiJin timpul mi~ciJrii roto-rului cu 360 de grade.Dinamul unui motorde ma~iniJ (vexi figuradin dreapta -jos) estelegat de motor printr-O curea care trece

printr-un scripete.

ALTERNATORInelele rotorului

RotorSpirelestatorului

Conexiunineutre

----

Perie

r~

Spire deexcitare Ventilator ~i

scripeteMax +ye

00 90°

90° 180°270°360°

~- 2700360°

0° 90°180°Max -ye

magneticDINAM

rotorului

pennanent. Apoi tensiunea scade la zero, dup;lca1;e i~i schimb;l directia, atingand nivelulmaxim in momentul in care polii bobinei trecin dreptul celorlalti poli ai magnetuluipennanent. Bobina poate fi magnetizat;l dac;lcele dou;l capete sunt conectate la dou;l inelede cupru montate pe axul rotorului. Prinfrecarea periilor de inelele de cupru , acesteapreiau tensiunea ~i astfel se produce curentalternativ, dac;l sistemul este conectat la uncircuit electric. Acest generator este unalternator -un motor care genereaz;l curentalternativ.

cu un electromagnet; miezul acestuia este slabmagnetizat, dar campul produs este suficientpentru ca motorul s~ genereze energie. Oparte din curentul generat ,este trecut prinspirele electromagnetului, pentru a m~riputerea campului magnetic ~i pentru a cre~teputerea electric~.

Unele tipuri de alternatori, cum este cel dela motorul autoturismelor genereaza curentcontinuu deoarece au in componenta lorrectificatori -aparate care permit curentului s~circule intr-a singura directie.

La majoritatea tipurilor de altematori,incepand cu cei din componenta motoruluiautovehicullor ~i pan~ la uria~ele motoareindustriale, bobinele sunt folosite atat la rotor,cat ~i la stator, campul magnetic fiind generatde rotor. Un flux relativ mic de curent estetrecut prin campul magnetic, prin perii ~i inele,la rotor, iar restul este absorbit direct din stator.in acest mod se evit:l pierderile de curent sauaprinderea unor scantei care s-ar produce dac~curentul generat ar fi preluat din rotor prinperii ~i inelele de cupru.

DinamulDaca se folose~te un commutator, ca ~i la unmotor cu curent continuu, acesta va inversa inpermanenta conexiunile dintre bobina ~i perii,fenomen care va contracara alternatiiletensiuniiJ din bobina, avand ca rezultatgenerarea de curent continuu in loc de curentaltemativ.

Pentru generarea campului magneticnecesar, majoritatea dinamilor sunt prevazuti

pennanent, ci un electromagnet, dar principiulde funqionare este acela~i. Un alt tip de motorsincron folose~te fluctuatiile de curentalternativ pentru a produce un camp magneticcare detenninii rotirea unei roti zimtate. Acestaeste principiul de funqionare a unor ceasurielectrice.

Maioritatea motoarelor electrice genereaziimi~care circularn. Unele au lnsii spirelestativului liniare, producand un camp magneticliniar, care va atrage materiale conductoare.Acest tip de motor se nume~te motor prininduqie liniarn ~i este utilizat pentru a pune 1nmi~care u~i glisante, benzi pentru bagaie laaeroporturi, precum ~i la conducerea unortrenuri de mare vitezii.

Generatorul electricDacii rotorul unui motor simplu de curentcontinuu este actionat manual, acest motor vafunqiona ca un generator electric. in bobiniiva fi indusii a tensiune alternativii, care atingeun nivel maxim 1n momentul In care poliibobinei aiung 1n dreptul polilor magnetului