Представьте себе, что есть турбина или ветряк. Это устройство превращает механическую энергию в электрическую. Когда ротор агрегата вращается, то проделывается работа, которая позволяет генерировать электрическую энергию. При этом клеммы генератора обычно замкнуты на лампочку или условного потребителя энергии, которым может быть хоть целый жилой район. Но вот клеммы отключили от сети и генератор работает в холостую. Куда денется вся выработанная энергия и не произойдёт ли с генератором что-нибудь катастрофически интересное :)?
Для того, чтобы ответить на этот вопрос, нам в первую очередь нужно понять ЧТО вырабатывает генератор. Нет, понятно, что электричество. Но тут вспоминается аналогия, что когда поезд в метро останавливается, то некоторые говорят - электричество кончилось! Сейчас новое подвезут и поедем дальше. Электричество это куда более интересная и собирательная субстанция, нежели коровье молоко.
Базовый принцип работы Гены и что он в итоге производит
Давайте вспомним самую простую конструкцию генератора. Это якорь с намоткой, который вращается в магнитном поле, создаваемом постоянным магнитами.
Если ещё больше всё это упростить, то это замкнутая рамка, которая вращается в магнитном поле. Благодаря явлению электромагнитной индукции в рамке возникает электрический ток.
Теперь следует понять, а как именно появляется ток? Это вопрос сложный, попробуем уяснить основы. Вопрос напрямую пересекается с понятием "электрический ток" и что такое ток, в общем-то, физики пока сказать со 100% уверенностью не могут. Но есть вполне себе рабочая модель. Это упорядоченное направленное движение заряженных частиц.
В случае металлов - это движение электронного газа.
И тут два подхода - по одному из них частицы электронного газа перемещаются, толкаемые электрическим полем, а по другому только передают взаимное движение друг другу как в механической колыбели Ньютона.
Нам, в общем-то, сейчас не важно как именно они двигаются. Важно, что они перемещаются так или иначе. Но вопрос появляется именно на этой стадии. Уясните одно - движение тока в проводнике какой вариант не рассматривай - это не совсем-таки движение воды по трубе. Об этом можно побеседовать отдельно и если тема интересна отметьте в комментариях.
Выходит, что мы вращаем рамку в магнитном поле, совершаем для этого механическую работу и генерим электрическую энергию. Свободный электронный газ в проволоке начинает раскачиваться и получается электрический ток, если цепь замкнутая. От одной маленькой рамки получается условно 0,5 А. В промышленных генераторах таких рамок тысячи в одному только якоре и мы ток с одного контура помножаем на количество контуров. Можно получить, образно говоря, 500 А.
Любой генератор у нас характеризуется мощностью, которая указывается в Ваттах. Это означает, что генератор способен поддерживать определенные вольт-амперные характеристики. Ведь электрический ток в замкнутой цепи у нас описывается двумя важными параметрами - силой тока и напряжением. Связь напряжения и силы тока хорошо описывается картинкой, которую я размещал на втором своем проекте. Коротко - напряжение оно как сила волны, которая толкает лодки к берегу. А сила тока - это количество лодок в воде на данный момент.
Теперь маленький итог. Что же в итоге производит генератор электрический энергии? Он просто заставляет раскачиваться (бегать) электронный газ внутри замкнутого контура.
И вот мы разомкнули цепь!
Всё это время мы рассматривали ситуацию, что генератор находится в замкнутой цепи. Скажем, он вращается и электрический ток, вырабатываемый агрегатом, питает лампочку. Теперь мы размыкаем цепь. Генератор продолжает вращаться и вырабатывает электроэнергию.
Ещё недавно, пока мы не читали первый подраздел этой статьи, казалось, что при размыкании цепи произойдёт некоторый интересный процесс. Например, генератор разорвёт на части :) Но теперь-то мы знаем, что генератор по сути дела только заставляет качаться частицы, что при появлении замкнутой цепи заставит колебаться/двигаться все частицы всей цепи и будет существовать электрический ток.
Получается, что если генератор просто работает в холостую, то частицы раскачиваются, а на клеммах образуется разность потенциалов. Её можно использовать, а можно и не использовать. Но если её не использовать то ничего не произойдет. Проблемы возможны только при неправильной работе или неправильном конструировании генератора. Тогда он может, например, начать нагреваться или даже расплавится сам.
Ну а для понимания очень удобно представить себе опять-таки воду. Электрический ток - это ведро с водой. Эту воду можно перелить в другое ведро, а можно оставить в этом ведре. Ведро из-за этого не совершит нуль-переход :) Вот и при сравнении с Геной получается, что работающий Гена - это просто полное ведро с водой.
Вы наверняка скажете: А на кой нам копить воду в ведре, если можно её просто не вырабатывать. И будете правы! Все современные генераторы оснащены регулятором мощности. Если нагрузка падает, то энергия вырабатывается в минимальном количестве.
Кстати, на всякий случай напомню, что количество механической работы для кручения якоря пропорционально количеству вырабатываемой энергии. Якорь крутится не просто так и при вырабатывании тока крутить его сложнее. Ему мешает магнитное поле и чем больше нужно получить мощности тем сложнее гену провернуть.
Теперь в электрических терминах
Давайте теперь тоже самое скажем более цивилизованно.
Итак, если у электрического генератора нет нагрузки, то можно смело сказать, что он не вырабатывает электрическую энергию. Напряжение в рамке есть, а тока нет, потому что сопротивление внешней цепи бесконечно (проводника-то нет, который соединит клеммы). Пока нет тока нет и мощности, ведь P = U * I. Если сила тока = 0 А, то и мощность будет 0 Вт.
При отключении потребителя нагрузка на генератор увеличивается. Тут довольно сложный забор из формул, поэтому будем исходить из простого. Больше разбор энергии, сложнее крутить якорь.
Если генератор у нас современный и там стоит авторегулятор числа оборотов, то обороты увеличатся при подключении нагрузки, чтобы не было просадки мощности. Если регулятора оборотов нет, то генератор уже работает с запасом. Просто будет чуть сложнее провернуть вал генератора и при включении нового устройства напряжение в сети немного просядет.
Скорее всего вы видели такое на дачных участках. Когда дачников много, то напряжение в сети падает потому что много потребителей энергии. Когда дачников мало, то напряжение в сети порой даже выше, чем это требуется. Понятно, что организация сети гораздо более сложна, но базовый принцип просадок именно такой.
Получается что "неиспользованное электричество" никуда не девается - оно просто не генерируется если это современный генератор с авторегулятором и остаётся в замкнутой цепи в виде потенциала, если это генератор без регулятора.
Пожалуйста, подпишитесь и обязательно возвращайтесь за новым контентом на проект! Возврат подписчика сейчас очень важен для существования канала! Виноват ДЗЕН...
П.с.: Эта интересная тема была предложена нашим уважаемым подписчиком. Вы тоже можете предложить тему в соответствующем разделе.